ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE …bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/12011/1/T1355.pdf · 2.3 Descripción del funcionamiento del sistema de contro del l embrague 25

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

"DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN CONTROLELECTRÓNICO PARA EL ACCIONAMIENTO DEL

ACELERADOR, FRENO Y EMBRAGUE DE UN AUTOMÓVIL"

TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL WTULO DE:^^í^rr^^

INGENIERO EN ELECTRONI??Áí(f CONTROL

MANUEL RAMIRO CAIZA SÁNCHEZ

ROMULO PATRICIO MONTENEGRO TAMAYO

QUITO, JULIO DE 1998

(Xi'

•i

Certifico que el presente trabajo ha sido realizado en

en su totalidad por los Sres.

Ramiro Caiza y Patricio Montenegro

í

AGRADECIMIENTO

Un sincero agradecimiento a todas |aspersonas que colaboraron en el desarrollode la presente Tesis, y de manera especialal Ing. Marco Barragán por el tiempo yesfuerzo brindados en ella.

DEDICATORIA

Dedico el presente trabajo a mispadres y hermanas, quienes siempreme han brindado un incondicionalapoyo y han sido fuente demotivación.

Ramiro Caiza.

Este trabajo está dedicado a mispadres por su esfuerzo, sacrificio eincondicional apoyo que mebrindaron.

Patricio Montenegro.

INTRODUCCIÓN

CAPITULO IGENERALIDADES 1

1.1 La electrónica en la industria automovilística 1

12. Vehículos ortopédicos 3

1.3 Discapacítados en el Ecuador .8

1.3.1 Estadísticas acerca de la población discapacitada 13

CAPITULO 11DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO GENERALDEL SISTEMA PROPUESTO 18

2.1 Descripción .del funcionamiento del sistema de control delacelerador 21

22 Descripción del funcionamiento del sistema de controldel freno .23

2.3 Descripción del funcionamiento del sistema de control del embrague 25

2.4 Descripción del funcionamiento del sistema de emergencia .27

2.5 Descripción del funcionamiento del sistema de vigilancia delmicrocontrolador 2.9

2.6 Descripción del programa de control .31

CAPITULO IIICONTROL DEL ACELERADOR .34

3.1 introducción .34

3.1.1 Principio de funcionamiento del carburador .34

32 Alternativa propuesta : .46

3.3 Diseño y construcción del sistema de control del acelerador 47

3.3.1 Diseño del sistema mecánico 48

3.32 Diseño del sistema de control electrónico 52

3.32.1 Diseño de la fuente de alimentación 52

3.322 Diseño del circuito de control .55

3.322.1 Diseño del botón de mando 57

3.3222 Acondicionamiento de la señal del botón demando '. 58

3.322.3 Acondicionamiento de las señales de controlpara el circuito de potencia 60

3.3.2.2.4 Diseño del circuito para los indicadoresluminosos de posición 63

Diseño del circuito que permite retomar eicontrol 64

3.322.6 Diseño del circuito de realímentación. Pulsos deposición 74

3.32.3 Diseño de! circuito de potencia 77

3.32.3.1 Dimensionamiento del motor DC 77

3.32.32 Puente de inversión de giro .81

3.32.3 Protecciones .84

CAPITULO IVCONTROL DEL FRENO 86

4.1 Introducción .86

4.1.1 Principio de funcionamiento del sistema de freno 86

4.1.1.1 Fuerza de frenaje 87

42 Alternativa propuesta 94

4.3 Diseño y construcción del sistema de control del freno 95

4.3.1 Diseño del sistema mecánico 96

4.32 Diseño del sistema de control electrónico...; 98

4.32.1 Diseño del circuito de control 99

4.32.1.1 Diseño del botón de mando 100

4.32.12 Acondicionamiento de la señal del botón demando 101

4.32.1.3 Acondicionamiento de las señales de controlpara el circuito de potencia 103

4.32.1.4 Diseño del circuito para los indicadoresluminosos de posición 105

4.32.1.5 Diseño del circuito que permite retomar elcontrol 106

4.32.1.6 Diseño del circuito de reallmentación. Pulsos deposición 109

4.322 Diseño del circuito de potencia 111

4.322.1 Dimensionamiento del motor DC 111

43,2.2.2. Puente de inversión de giro 113

4.3.2.2.3 Protecciones 115

4.3.2.3 Programa de control del acelerador y freno lió

CAPITULO VCONTROL DEL EMBRAGUE ; 127

5.1 Introducción 127

5.1.1 Principio de funcionamiento del sistema de embrague 127

5.1.1.1 Embrague de fricción 128

5.1.1.1.1 Embrague cuando se halla acoplado 130

5.1.1.12. Embrague cuando se halla desacoplado 131

5.1.1.1.3 Juego de separación 132

5.1.12 Embrague de resorte de membrana 133

5.12 El pedal del embrague 134

5.12.1 Fuerza del pedal 134

5.12.2. Accionamiento mecánico del pedal del embrague 135

5.12.3 Accionamiento hidráulico del embrague 136

52 Alternativa propuesta 137

5.3 Diseño y construcción del sistema de control del freno 139

5.3.1 Diseño del sistema mecánico '. 140

5.32 Diseño del sistema de control electrónico 144

5.32.1 Diseño del circuito de control 144

5.32.1.1 Diseño del botón de mando 146

5.32.12 Acondicionamiento de la señal del botón demando 146

5.32.1.3 Acondicionamiento de las señales de controlpara el circuito de potencia 147

5.32.1.4 Diseño del circuito para ios Indicadoresluminosos de posición 148

5.32.1.5 Diseño del circuito que permite retomar elcontrol 149

5.32.1.6 Diseño del circuito de realímentaclón. Pulsos deposición 152

• 5322. Diseño del circuito'de potencia 153

5322.'] Dimensionamiento del motor DC 153

5.3222 Puente de inversión de giro 158

5.3.2.2.3 Protecciones 159

5.3J2.3 Programa de control del embrague 160

CAPITULO VISISTEMAS DE SEGURIDAD 165

6.1 Diseño del sistema de emergencia 165

62 Diseño del sistema de vigilancia para el microcontrolador

(WDT) 169

62.} Circuito de habilitación 171

622 Circuito temporizador 172

62.3 Circuito generador de puteo 173

62.4 Circuito de selección 175

62.5 Circuito indicador luminoso de reset por WDT 176

CAPITULO VilRESULTADOS EXPERIMENTALES 178

7.1 Integración de ios controles del acelerador, freno , embrague y anáfisis deresultados 178

72 Análisis del costo del equipo 185

CAPITULO VIH .• 188

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 188

BIBLIOGRAFÍA 192

ANEXOS 194

INTRODUCCIÓN

Mejorar la calidad de vida de los ciudadanos, es uno de los objetivos

principales de cualquier Estado. La mejora de la calidad de vida de las personas

con discapacidad no es sólo una cuestión de protección económica, depende

también de la accesibilidad del medio físico, de la existencia y disponibilidad de

recursos que permitan superar las barreras de comunicación y movilidad.

El gobierno, las organizaciones no gubernamentales y toda la sociedad

también deben preocuparse de temas concernientes a las personas con

discapacidad, para conocer la importancia que tienen la integración y

participación plena de dichas personas en todos los aspectos de la vida social y

económica.

A través del desarrollo tecnológico se están abriendo posibilidades, hasta

hace poco inimaginables, para la mejora de la calidad de vida de las personas

con discapacidad. Por ello, haciendo uso de herramientas tanto electrónicas

como mecánicas, se decidió desarrollar un sistema electromecánico que se

adapte a un vehículo estándar, más concretamente a un automóvil, para permitir

que estas personas puedan desplazarse por si solas a los diferentes sitios que

requieran, como pueden ser lugares de trabajo, centros de capacitación y

terapia, centros educativos, lugares recreacionales, etc., posibilitando la

integración y la participación de actividades culturales, económicas,

recreacionales.

El equipo de control desarrollado está orientado hacia personas con

discapacidad en sus extremidades inferiores y que no cuenten con los suficientes

recursos económicos como para importar un vehículo ortopédico que les permita

desplazarse al sitio que requieran.

Además, para el diseño del equipo se tomó en cuenta el hecho de que no

debe implementarse en un vehículo de una marca y modelo específico, sino más

bien en cualquier vehículo existente en el mercado nacional, para que de esta

manera sea elección del usuario el tipo de vehículo que más le convenga,

siempre y cuando el mismo se encuentre en perfectas condiciones mecánicas.

Contenido de la tesis

El contenido de la tesis está conformado de la siguiente manera:

CAPITULO I, en este capítulo se hace una breve reseña acerca del desarrollo

tecnológico que ha tenido la industria del automóvil, se hace referencia a los

vehículos ortopédicos, y además se describe la situación de la población

discapacitada en el Ecuador.

CAPITULO II, en este capítulo se señalan las partes principales que conforman el

sistema propuesto para realizar el accionamiento del acelerador, freno y

embrague, además se realiza una breve descripción acerca de su

funcionamiento; también se describe el funcionamiento del sistema de

emergencia, del sistema de vigilancia para el microcontrolador (watch dog timer)

y se hace una descripción del programa de control.

CAPITULO III, contiene el diseño del sistema de control del acelerador, para lo cual

previamente se expone el principio de funcionamiento del carburador; luego se

encuentran los diseños del sistema mecánico y del sistema electrónico.

CAPITULO IV, este capítulo se refiere al diseño del sistema de control del freno,

donde se hace una descripción del funcionamiento del sistema de freno. Luego

se hallan los diseños respectivos para la parte mecánica y eléctrica. Finalmente se

detalla la estructura y funcionamiento del programa que controla tanto la

aceleración como el frenado del vehículo.

CAPITULO V, contiene el diseño del sistema de control del embrague, para lo cual

se inicia con una breve explicación acerca del funcionamiento del embrague y

posteriormente se encuentran los diseños respectivos tanto de la parte mecánica

como eléctrica, para concluir con la descripción del programa que controla el

embrague.

CAPITULO VI, en este capítulo se realizan los diseños del sistema de emergencia y

del sistema encargado de vigilar el buen funcionamiento del microcontrolador

(wath dog timer).

CAPITULO Vil, en este capítulo se muestran los resultados obtenidos

experimentalmente, así como el detalle del costo del equipo desarrollado.

CAPITULO VIII, este capítulo está dedicado a las conclusiones y recomendaciones

referentes al desarrollo de la tesis.

Adicionalmente, al final se encuentran los anexos respectivos a datos

técnicos de elementos utilizados para la construcción del equipo, diagramas

circuitales, fotografías del equipo desarrollado.

ill

CAPITULO I

GENERALIDADES

1.1 La electrónica en la industria automovilística

El gran desarrollo que han tenido los circuitos microprocesadores y

microcontroladores, y la electrónica en general, ha dado lugar al desarrollo de

nuevos sistemas que realizan tareas hasta hace poco inimaginables. Es así que la

industria del automóvil, utiliza ampliamente la Rebotica en las líneas de montaje y

los vehículos producidos incorporan tecnología electrónica ultramoderna.

Los vehículos más modernos y seguros, y por ende los más costosos, traen

consigo una cantidad de sensores cuyas señales son procesadas en las unidades de

control, como se puede ver en la figura 1.1. Todos estos sensores y cerebros

Figura 1.1 Distribución del equipo electrónico en un

vehículo moderno

1

electrónicos permiten controlar el sistema de frenado (ABS), bolsas de aire (alrbags),

sistemas de seguridad, sistemas de navegación automática, sistemas que controlan

el consumo de combustible (inyección electrónica), el control de la calefacción y

ventilación, etc. Varios de estos sistemas se muestran en las figuras 1.2a y 1.2b.

1.2a

1.2b

Figura 1.2 a) Dispositivo para controlar la calefacción y ventilación

b) Moderno tablero de instrumentos de un vehículo

Entre las nuevas tecnologías automovilísticas que probablemente se

apliquen en un futuro próximo se cuentan los sistemas de visión mejorada y el

control "inteligente" de la marcha. Los proyectos a más largo plazo comprenden un

sistema que permita a los automovilistas "ver" en la niebla, sistemas que permitan

transmitir las intenciones de los conductores entre vehículos, sistemas anticolisiones y

un sistema con red neural que determine el estado de alerta del conductor

observando su conducta y sus reacciones mediante sensores.

1.2 Vehículos ortopédicos

Los vehículos ortopédicos pueden denominarse a aquellos que se

encuentran equipados con sistemas electromecánicos operables por los miembros

superiores del conductor, para controlar principalmente el acelerador, freno,

embrague y luces direccionales. En este tipo de vehículos es recomendable que se

cuente con una caja de cambios automática y dirección hidráulica, sin embargo

en el país no se cuenta con este tipo de vehículos y para su acceso es necesaria su

importación.

Es incuestionable que en los países desarrollados existen mayores facilidades

para que las personas discapacitadas físicamente tengan un buen nivel de

autonomía en el transporte, por lo que han desarrollado un conjunto extenso de

vehículos ortopédicos sean estos particulares o públicos, para los cuales por

ejemplo, se han diseñado rampas adaptables para el acceso de personas que

utilizan sillas de ruedas (figura 1.3).

Así mismo, se han desarrollado sistemas adaptables, para transformar un

vehículo estándar en un vehículo ortopédico, como se ilustra en la figura 1.4a.

Muchos de éstos sistemas hacen uso de la electrónica para conseguir la regulación

de una función específica (acelerador, embrague, luces intermitentes, etc.) tal

como se muestra en la figura 1.4b y 1.4c. Además, este tipo de vehículos pueden

contar con un mando a distancia con el que se puede abrir la puerta del auto, así

como guardar la silla de ruedas para ponerlo en marcha, como se muestra en la

figura 1.4d.

Por otro lado, también se han construido sistemas de tipo mecánico para

reemplazar la acción de algún miembro de una persona discapacitada, algunos de

los cuales se muestran en las figuras ].4e, 1.4f, 1.4g y 1.4h. Tanto los sistemas

electrónicos como los sistemas mecánicos se han desarrollado con el fin de facilitar

la conducción de un vehículo a una persona con discapacidad física; sin embargo,

este tipo de ayudas se pueden obtener a costa de una considerable suma de

dinero en su país de origen.

Figura 1.3 Rampa adaptada para permitiré! acceso de

discapacitados a los vehículos

N

Figura 1.3 Rampas y plataformas adaptadas para permitir

el acceso de discapacitados a los vehículos (continuación)

1.4a Vehículo para ser conducido por una persona

discapacitada físicamente

1.4a Vehículo para ser conducido por una persona

discapacitada físicamente (continuación]

1.4b Caja electrónica para manejar las 1.4c Palanca electrónica para el control

luces intermitentes, limpia para brisas, del sistema de embrague

y bocina

1.4d Sistema para recoger y guardar la silla de ruedas

1.4e Acelerador de aro al volante 1.4f Acelerador de puño

1.4g Palanca de cambios para la mano 1.4h Pomo para la conducción con

izquierda una sola mano

Figura 1.4 Adaptaciones mecánicas y electrónicas desarrolladas

para conductores con discapacidad

1.3 Discapacitados en el Ecuador

Una persona con discapacidad o discapacitada es aquella que a

consecuencia de una o más deficiencias físicas, mentales y/o sensoriales,

congenitas o adquiridas, previsiblemente de carácter permanente se ve restringida,

para realizar una actividad dentro del margen que se considera normal, en el

desempeño de sus funciones o actividades habituales.

En el Ecuador el organismo rector de las políticas nacionales y coordinador

de las actividades con respecto a las personas discapacitadas, es el Consejo

Nacional de Discapacidades, CONADIS, que es un organismo de derecho público,

con autonomía operativa, patrimonio propio.y presupuesto especial.

' El CONAD1S dicta políticas generales y sectoriales en materia de

discapacidades, impulsa investigaciones y coordina las labores con los organismos y

entidades de los sectores público y privado a los que compete la prevención,

atención de discapacidades y la integración social de las personas con

discapacidades.

Dentro de las políticas generales del CONADIS se tienen:

- El objetivo final de todas las medidas de intervención será la formación

ocupacional, rehabilitación profesional e inserción laboral y social. Es necesario

estructurar, reforzar y ampliar los servicios de formación ocupacional, orientación,

capacitación profesional y empleo.

- La atención de las personas con discapacidades deberá ser una respuesta

integral a sus necesidades a lo largo de toda su vida, debiendo extenderse las

medidas que se adopten, de manera que puedan beneficiarse todos los estratos de

la población con discapacidades, asegurando la cobertura de los sectores urbano

marginales y rurales, sin distingo de su raza, cultura, religión, ideas políticas o

situación socio-económica.

- Se desarrollarán mecanismos de concertación con instituciones de

capacitación, para la prevención e integración socio-laboral de las personas con

discapacidad.

Como el CONADIS es el ente rector de las políticas nacionales para los

discapacitados cuenta con normas y reglamentos publicados en el Registro Oficial,

con el fin de atender e integrar a las personas con discapacidad para equiparar de

alguna manera las oportunidades con respecto a las demás personas, por ello

cuenta con reglamentos que amparan e incentivan el hecho de buscar ayuda

técnica extranjera que permita a los discapacitados físicos desplazarse con

autonomía, como puede ser el caso de los vehículos ortopédicos.

Es así, que se tienen los artículos 19 y 20 de la Ley sobre Discapacidades,

como respaldo para la búsqueda de ayuda en el exterior:

"Art. 19 EXONERACIÓN DE IMPUESTOS.- Se exonera del pago total de derechos

arancelarios, impuestos adicionales e impuestos al valor agregado IVA, como

también el impuesto a Consumos Especiales con excepción de tasas portuarias y

almacenaje a las importaciones de aparatos médicos, instrumentos musicales,

implementos artísticos, herramientas especiales y otros implementos similares que

realicen las personas con discapacidad para su uso, o las personas jurídicas

encargadas de su protección."

"Art. 20 VEHÍCULOS ORTOPÉDICOS.- La importación de vehículos ortopédicos sólo

podrá ser autorizada por el Consejo Nacional de Discapacidades y gozará de las

exoneraciones a las que se refiere el artículo anterior únicamente cuando se

destinen y vayan a ser conducidos por personas con discapacidad que no puedan

emplear otra clase de vehículos.

Los vehículos ortopédicos usados por personas con discapacidad deberán

llevar en un lugar visible el símbolo internacional de acceso con la leyenda

"VEHÍCULO ORTOPÉDICO". El distintivo o símbolo acreditará el derecho a

franquicias de libre tránsito y estacionamiento en todo el territorio nacional, de

acuerdo a lo que establezcan las ordenanzas y disposiciones de la Dirección

10

Nacional de Tránsito."

En cuanto se refiere a la importación de vehículos ortopédicos se tiene el

artículo 76 del Reglamento General que dice:

"Art. 76 IMPORTACIÓN DE VEHÍCULOS ORTOPÉDICOS.- Los vehículos importados

serán hasta de tres años anteriores al modelo de la fecha de autorización y

deberán cumplir con los requisitos necesarios objeto de su importación.

Sólo se podrá importar vehículos ortopédicos al amparo del Art. 20 de la Ley

sobre Discapacidades cuando se destinen a personas discapacitadas de miembros

inferiores, mayores de edad, que los pueden conducir personalmente, sin riesgo

para ellas ni para terceros.

Será necesario, además, que el vehículo sea una herramienta de trabajo o

un medio de transporte indispensable, para el desarrollo de las actividades de las

personas o persona con discapacidad."

El Consejo Nacional de Discapacidades está facultado para investigar el

cumplimiento de las importaciones de las ayudas técnicas y en el caso de

comprobarse incumplimiento denunciar el hecho a las autoridades competentes y

disponer el pago de los gravámenes exonerados, debidamente reajustados, por

parte del infractor.

Según el reglamento del CONADIS las personas discapacitadas que están

facultadas para importar un vehículo ortopédico son aquellas que presentan un

50% o más de discapacidad funcional que les impida un desplazamiento

11

autónomo. Este 50% de discapacidad se refiere a afecciones o amputaciones de las

extremidades inferiores.

Para que el CONADIS extienda la autorización para la importación de un

vehículo ortopédico se tienen que cumplir los siguientes requisitos:

- Oficio al presidente del CONADIS solicitando el permiso para la importación.

- Certificado de calificación médica de persona con discapacidad en el que

conste el porcentaje de discapacidad, otorgado por una unidad calificadora

autorizada del Ministerio de Salud Pública; del IESS -Instituto Ecuatoriano de

Seguridad Social- si es afiliado, y del ISSFA si es miembro de las Fuerzas Armadas.

- Copia de la cédula de ciudadanía y licencia de manejo.

- Certificado de la Dirección de Tránsito de poseer o no vehículo.

- Documentos que prueben capacidad adquisitiva.

- Informe social de la unidad calificadora del CONADIS.

Como política del CONADIS se tiene que la exoneración de impuestos para

la importación de vehículos ortopédicos cubre hasta un valor tope de 20.000

dólares, es decir, si un vehículo cuesta 30.000 dólares, 20.000 estarían libres de

impuestos mientras que de la cantidad restante (10.000) tendrían que pagarse

todos los impuestos correspondientes.

12

De los requisitos necesarios para obtener el permiso de autorización para la

importación de un vehículo ortopédico, se observa que es necesario probar una

solvencia económica con la cual muchas personas con discapacidad no cuentan,

de ahí nace la importancia y la necesidad del desarrollo de la presente tesis como

una alternativa tecnológica orientada a todos los estratos sociales y económicos

de la población discapacitada.

1.3.1 Estadísticas acerca de la población discapacitada

Es importante conocer cuántas personas con discapacidad existen en el país

y cuáles son sus características fundamentales, para en base a estos datos estimar

el número de personas que requieran y puedan beneficiarse con ayudas

ortopédicas desarrolladas en el país y más específicamente por las universidades,

en las cuales se realizan investigaciones para el beneficio de la sociedad en

general.

A continuación se muestran datos actualizados hasta el mes de febrero del

presente año, proporcionados por el CONADIS respecto a la población

discapacitada. Los datos proporcionados se han obtenido en base a la

carnetización que lleva a cabo el organismo antes mencionado.

13

•PROVINCIA

AZUAY

BOLÍVAR

CAÑAR

CARCHI

COTOPAXI

CHIM3ORAZO

EL ORO

ESMERALDAS

GUAYAS

IMBABURA

LOJA

LOS RÍOS

MANAB1

MORONA SANTIAGO

ÑAPO

PASTAZA

PICHINCHA

TUNGURAHUA

ZAMORA

GALÁPAGOS

SUCUMBJOS

NO RESPONDE

TOTAL

DEPENDENCIA DE TRABAJO

PROPK)NUM %F .

%C

70 7.47.6

3 33.303

7 5.607

2 4000.2

16 27.11.7

9 9.O05

.6 16¿0.6

38 10.64.T

220 9.S233

10 12.8ID

26 14J22.8

176 12.619.1

55 28.653

1 16.60.1

U 10.41.5

233 11.025 .3

30 15.33.2

2 8.30.2

1 11.10.1

919 11.1100.0

PRIVADO •NUM %F

%C

57 6.16.9

1 11.10.1 '

• 3 2.40.3

8 13.50.9

U 16.11.-9

12 33.31.4 .

9 2.51.0

279 12.033.8

17 21.72X1

2] 11.52.5

1 5.50.1

71 5.18.6

13 6.71.5

14 10.41.6

267 12.6323

34 17.34.1

2 8.30.2

825 9.9100.0

pusucaNUM %F .

%C

43 4.67.7

1 11.10.1

10 8.01,8

1 ¿0X10.1

4 6.70.7

8 8.01.4

-2 5.503

15 4.22.7

8? 3.816.1 '

ó 7.61X1

22 12.03.9

2 11.10.3

78 5.614.1

51 26.59.2

2 33.30.3

ó 4.4'1.0

199 9.436X1

12 6.12.1

1 4.10.1

552 6.6100.0

NO RESPONDENUM %F

%C

764 81.712.7

4 44.40.0

104. 83.81.7

2 40X10.0

31 52.50.5

66 66.61.1 •

16 44,40.2

295 82-64.9

1721 74.528.7

45 57.60.7

113 ÓZQ1.8

15 83.80.2

1061 76.517.7

73 38X11.2

3 50.00.0

100 74.61.6

1417 66.923.7

120 61.22.0

19 79.10.3

1 100.00.0

8 88.80.1

5978 72.2100.0

TOTALNUM %F

%C

934 100.011.2

9 100.00.1

124 100.01.4

5 100X) .0.0

59 100.00.7

99 100.01.1

36 100X)0.4

357 100.04.3

2309 100.027.9

78 100.00.9

182 1DOX)2.1

18 100.00.2

1386 100.O1¿.7

192 100.0 .23

6 100.00.0

134 100.01.6

21 U 100.025.5

196 100.02.3

24 100.00.2

1 100.00.0

9 100X)0.]

8274 100.0100.0

CUADRO 1.1 Dependencia de trabajo

14

CAUSAS DEDISCAPACIDAD

ENFERMEDAD

INFECCIÓN

PROBLEMAS DE PARTO

HERENCIA CONGÉNITA

ACCIDENTES DE TRANSITO

ACCIDENTES DE TRABAJO

ACCIDENTE DOMESTICO

NO RESPONDE

TOTAL

DISCAPACIDAD

MENTALNUM %F

%C353 10.5

14.074 22.8

2.9722 58.0

28.71166 40.7

46.310 1.8

0.33 0.8

0.149 9.6

1.9137 41.1

5.42514 30.3

100.0

VISUALNUM %F

%C251 11.7

31.141 12.6

5.047 3.7

5.8254 8.8

31.555 10.3

6.847 12.8

5.896 18.9

11.915 4.5

1.8806 9.7

100.0

AUDITIVANUM %F

%C276 12.9

16.780 24.6

4.8129 10.3

7.8959 33.5

58.017 3.2

1.08 2.1

0.488 17.3

5.394 28.2

5.61651 19.9

100.0

FÍSICANUM %F

%C1252 58.6

38.0128 39.5

3.8343 27.5

10.4477 1 6.6

14.4447 84.4

13.5309 84.1

9.3267 52.6

8.169 20.7

2.03292 39.7

100.0

TOTALNUM %F

%C2133 100.0

25.7324 100.0

3.91244 100.0

15.02858 100.0

34.5529 100.0

6.3367 100.0

4.4507 100.0

6.1333 100.0

4.08274 100.0

100.0

CUADRO 1.2 Causas de discapacidad

DISCAPACIDAD

MENTAL

VISUAL

AUDITIVA

FÍSIQA

NO RESPONDE

TOTAL

PORCENTAJE

HASTA 25%NUM %F

%C176 7.0

74.88 0.9

3.48 0.4

3.442 1.2

17.81 9.0 .

0.4 .235 2.8

100.0

>25% A 50%NUM %F

%C713 28.3

43.9130 16.1

8.0114 6.9

7.0661 20;0

-40.74 36.3

0.21622 19.6

100.0

>50% A 75%NUM %F

%C1148 45.6

28.4157 19.4

3.81162 70.3

28.71564 47.5

38.74 36.3

0.24035 48.7

100.0

MAS DE 75%NUM %F

%C477 18.9

20.051 1 63.3

21.1367 22.2

15.41023 31.0

42.9.2 18.1

0.02380 28.7

100.0

TOTALNUM %F

%C2514 100.0

30.3806 100.0

9.71651 100.0

19.93292 100.0

39.711 100.0

0.18274 100.0

100.0

CUADRO 1.3 Nivel de discapacidad

15

EDAD EN AÑOS

HASTA 5 •

DE 6 A 11

DE12A-17

DE18A23

DE 24 A 44

DE 46 A 65

MAS DE 05

TOTAL

D1SCAPACIDAD

MENTAL 'NUM %F

%C121 40.3 .

4.8517 46.0

20.5771 56.1

30:6484 45.7

19.2381 14.3

15.131 2.5

1.2209 -36.7 •

.8.3 .2514 30.3 .

100.0

VISUALNUM %F

%C19 6.3 .

2.364 5.7

7.988 6.4

5:8

71 6.78.8

316 11.839.2

179 14.5 '22.2

69 12.1.8.5 .

806 9.7100.0

AUDITIVANUM %F

%C30 10.0

1.8255 23.0

15.4' 282 20.5

17.0. 289 27.3

17.0 .61 1 22.9

37.0133 10.8 '

8.051 -8.9

3.0 .1651 19.9

100.0

FÍSICANUM %F

%C127 42.3

3.8268 24.1

&.1228 16.6

6.9-211 19.9

6.41350 50.7

41.0882 71 .7

26.7226 - 39.7

• 6.83292 39.7

100.0

TOTALNUM %F

%C .300 100.0

3.71108 100.0

13.31372 100:0 '

16.51D57 100.0

12.72661 100.0

32.11229 100.0 '

143 '568 100.0 •

-6.88274 100.0

100.0

CUADRO 1.4 Edad de las personas discapacitadas

%F: Porcentaje en las filas

%C: •Porcentaje en las columnas

Del cuadro 1.2 se observa que la discapacidad física es la más

preponderante (3292 casos] cuyo origen se debe principalmente a enfermedades,

herencia congénita, accidentes de tránsito y de trabajo.

Los cuadros 1.3 y 1.4 permiten conocer que las personas con un grado entre

el 50% y el 75% de discapacidad física y cuyas edades oscilan entre los 18 y 65 años

son aproximadamente 1160; este número de personas representa los potenciales

beneficiarios de la ayuda técnica que permita su movilidad autónoma a través del

uso de un automóvil ortopédico desarrolado en el país.

Si bien el número de personas respecto a toda la población ecuatoriana no

es muy representativo, no es menos cierto-que todas las personas merecen el mismo

16

grado de oportunidades para desarrollarse en los campos laboral, social,

económico, educativo, deportivo, etc. y a esto también se debe la importancia

que tiene el tema desarrollado en esta tesis.

17

CAPITULO II

DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO GENERAL

DEL SISTEMA PROPUESTO

Para una persona en plenitud de sus condiciones físicas y que conduce un

automóvil estándar, las acciones de acelerar, frenar y embragar se reducen a

presionar los pedales respectivos con las extremidades inferiores, donde el pie

derecho se encarga del acelerador y freno mientras que el pie izquierdo del

embrague. Sin embargo, dichas acciones se realizan cumpliendo una adecuada

coordinación dependiendo del resultado que se quiera conseguir en el vehículo.

Cuando el vehículo está detenido y se desea ponerlo en movimiento es

necesario acelerar a la vez que se debe soltar lentamente el pedal del embrague

para que el movimiento del vehículo no sea brusco, todo esto claro está

colocando previamente la marcha adecuada; de igual manera, cuando se pisa

a fondo el pedal del freno es necesario presionar el pedal del embrague para que

el motor no se cale, que no es sino el apagado indebido del motor.

Así mismo, para realizar un cambio de marcha cuando el vehículo está en

movimiento, es necesario soltar el pedal del acelerador y presionar el pedal del

embrague e inmediatamente realizar el cambio de marcha para luego soltar el

pedal del embrague y presionar el del acelerador.

Lo anotado anteriormente acerca de la operación de los pedales del

vehículo así como su coordinación para realizar ciertas tareas fue la base para

tomar la decisión de utilizar dos microcontroladores en el sistema propuesto. El

microcontrolador es el encargado de dar la orden para que se produzca ya sea,

18

la aceleración, desaceleración, frenado, desfrenado, embrague y desembrague,

que "en el caso de estar controladas por un solo microcontrolador y de acuerdo a

la estructura del sistema de control implementado provocaría problemas como los

suscitados en los diferentes ensayos realizados con el fin de conseguir el uso de un

solo microcontrolador, especialmente en las tareas que requieren la coordinación

de dos acciones (acelerador-embrague, freno-embrague) que se mencionan

anteriormente, ya que el microcontrolador está supeditado a terminar una tarea

(por ejemplo acelerar) para luego realizar otra tarea (por ejemplo embragar).

El control de la aceleración y frenado del vehículo se hace por medio del

un microcontrolador, mientras que el control del embrague se realiza con el otro

microcontrolador. La razón principal para esta elección es que el acelerador y el

freno no requieren de una coordinación en su funcionamiento, pues como se

indicó, el pie derecho es el encargado de presionar el pedal del acelerador o el

pedal del freno pero no los dos al mismo instante.

El microcontrolador que se utiliza es el 8751 de Intel, y se debe

principalmente al hecho de que se lo puede conseguir fácilmente en el mercado

local, además de que su uso es muy familiar por el hecho de que existe el módulo

de control llamado MICROLAB basado en este tipo de microcontrolador y que se

lo utiliza en las prácticas de Control con Microprocesadores en la Facultad de

Ingeniería Eléctrica de la Escuela Politécnica Nacional.

Además, el equipo desarrollado está dirigido hacia personas con

deficiencia motriz en sus extremidades inferiores, por lo tanto el control del

acelerador, freno y embrague se realiza a través de tres botones manejados con

las manos, estos botones son la interfaz entre el usuario y el sistema de control;

19

mientras se vaya presionando el botón respectivo se consigue la aceleración,

frenado o desembrague del vehículo, así mismo al soltar el botón se consigue la

desaceleración, desfrenado o embrague del vehículo.

E! sistema de control cuenta básicamente con: una interfaz usuario-sistema

de control (botones de mando); cuatro tarjetas electrónicas, tres correspondientes

al circuito de control y la restante correspondiente al circuito de potencia; tres

motores DC; un conjunto de leds para visualizar las funciones que se ejecutan en

el equipo de control; la parte correspondiente al sistema mecánico, el que

cuenta a su vez con ciertas partes de un automóvil sobre las que se va a actuar

para probar el funcionamiento del equipo.

Una característica que se tomó en cuenta para el diseño y la

implementación del equipo es que e! sistema debía ser lo más

independientemente posible del tipo de automóvil en el que pueda realizarse su

montaje, y sea más bien elección del usuario el tipo de vehículo que utilizará;

dicho vehículo debe contar básicamente con un sistema de carburador y una

caja de cambios manual que en el mercado nacional es muy común encontrarlo

y dependiendo de la marca y modelo puede ser accesible a una u otra persona.

Además, por la forma en la que se realiza el control del acelerador, freno y

embrague, el sistema permite que el vehículo pueda ser conducido tanto por una

persona sin discapacidad haciendo uso de los pedales convencionales, como por

una persona discapacitada a través del control implementado, sin que tenga que

realizarse ningún cambio complicado.

20

2.1 Descripción del funcionamiento del sistema de control del acelerador

A continuación se muestra en la figura 2.1, el diagrama de bloques de las

partes principales que conforman el sistema de control.

UNIDAD DE CONTROLSISTEMA MECÁNICO

BOTÓN DELACELERADOR

CONTROL

POTENCIA

MOTOR DC

SEÑAL DE REALIMENTACION

Figura 2.1 Diagrama de bloques de las principales partes

que conforman el sistema de control del acelerador

Para conseguir la aceleración y desaceleración del vehículo el usuario

tiene que manipular únicamente un botón de mando (botón del acelerador),

como se muestra en la figura 2.2.

21

Rgura 2.2 Manipulación del botón acelerador

A partir de la figura 2.1 se tiene que, de acuerdo a la presión que se ejerza

en el botón del acelerador se genera una señal la cual ingresa a la unidad de

control, dicha unidad de control está conformada por el circuito de control y el

circuito de potencia. La señal que ingresa se digitaliza para que pueda ser

procesada por el microcontrolador, que es el corazón del circuito de control. En

base al programa implementado en el microcontrolador, la señal digitalizada se

convierte en una señal de referencia para el control de posición del motor DC.

Una vez que se tiene la señal de referencia, el microcontrolador determina

el sentido en el que debe girar el motor DC, para lo cual proporciona una señal

de habilitación al circuito de potencia para así suministrar la alimentación al

motor DC, el cual actuará sobre el sistema mecánico para conseguir la

aceleración o desaceleración del vehículo.

El sistema mecánico consta de dos partes: el accionamiento mecánico y

el carburador. El accionamiento mecánico actúa sobre el carburador en

respuesta a la operación del motor DC en cualquiera de sus dos sentidos de giro.

Dicho accionamiento está conformado básicamente por un cable de similares

características al utilizado en el acelerador convencional, donde el un extremo

22

está sujeto al eje del motor mientras que el otro actúa sobre el carburador.

El control implementado actúa sobre el carburador, ya que este dispositivo

mecánico es el medio a través del cual el conductor logra conseguir la

aceleración o desaceleración del vehículo.

En el carburador se halla montado el sensor de posición que envía la señal

de realimentación a la unidad de control para su evaluación y comparación con

la señal de referencia.

El sistema de control ¡mplementado cuenta con un conjunto de leds que

se encienden o apagan proporcionalmente de acuerdo al nivel de aceleración

que se vaya alcanzando en el vehículo.

La descripción detallada del diseño y' construcción del control para el

acelerador se encuentra en el capítulo III.

2.2 Descripción del funcionamiento del sistema de control del freno

El sistema para el control del freno se halla formado por: un botón de

mando (botón del freno), la unidad de control, un motor DC, el sistema mecánico

y el circuito de realimentación, como se muestra en el diagrama de bloques de la

figura 2.3.

Para conseguir el frenado y desfrenado del vehículo, el usuario debe

presionar o soltar, según sea el caso, el botón de freno. Al realizar esta acción se

genera una señal que ingresa a la unidad de control la cual está formada por el

23


BOTÓN DELFRENO

CONTROL

POTENCIA

MOTOR DC

OACCIONAMIENTO

MECÁNICO


Rgura 2.3 Diagrama de bloques de las principales partes

que conforman el sistema de control del freno

circuito de control y el circuito de potencia. La señal que ingresa se digitaliza para

procesarse en el microcontrolador, y en base al programa de control se convierte

en una señal de referencia.

Con la señal de referencia el microcontrolador proporciona una señal de

habilitación al circuito de potencia para conseguir el giro del motor DC en un

sentido específico, para de esta manera actuar a su vez sobre el sistema

mecánico.

El sistema mecánico consta esencialmente de: el accionamiento

mecánico y el pedal del freno. Este accionamiento mecánico actúa sobre el

pedal del freno y es un cable de acero igual al utilizado para el caso del

acelerador, donde el un extremo está sujeto al eje del motor DC mientras que el

otro extremo está sujeto al pedal del freno para conseguir así su desplazamiento.

24

Para el caso del freno, el control implementado actúa sobre el pedal

básicamente porque a partir de este elemento en adelante, los diseñadores y

fabricantes de vehículos han desarrollado un complejo sistema para conseguir un

frenado eficiente y seguro de las ruedas del automóvil.

En el pedal del freno se encuentra el sensor de posición que envía una

señal de realimentación a la unidad de control para que siendo comparada con

la señal de referencia, se proceda a controlar la posición del pedal.

Adicionalmente, el sistema cuenta con un conjunto de leds que se

encienden y apagan de acuerdo a la posición que vaya alcanzando el pedal

del freno.

El detalle del diseño y la construcción del control para el freno se halla en

el capítulo IV.

2.3 Descripción del funcionamiento del sistema de control del embrague

El sistema de control del embrague está conformado al igual que en los

dos casos anteriores por: un botón de control (botón embrague), la unidad de

control, un motor DC, el sistema mecánico y el circuito de realimentación, como

se muestra en el diagrama de bloques de la figura 2.4.

25


BOTÓN DELEMBRAGUE

CONTROL

POTENCIA

MOTOR DC

OACCIONAMIENTO

MECÁNICO


Rgura 2.4 Diagrama de bloques de las principales partes

que conforman el sistema de control del embrague

Al igual que en el caso del control del acelerador y el freno, el control del

embrague se realiza a través de un botón, por medio de esta acción se envía una

señal hacia la unidad de control. La señal que ingresa a la unidad de control se

digitaliza para que se procese en el microcontrolador, y para de esta manera

obtener un señal de referencia en base al programa de control grabado en su

memoria.

Una vez que el microcontrolador tiene la señal de referencia, envía una

señal de habilitación al circuito de potencia para conseguir el giro del motor DC

en un sentido específico, y así actuar sobre el sistema mecánico.

El sistema mecánico está conformado básicamente por: el accionamiento

mecánico y la palanca del sistema de embrague. El accionamiento mecánico

actúa sobre la palanca del sistema del embrague, y para este caso, dicho

26

accionamiento es hidráulico, el mismo que es accionado por una tuerca que se

desplaza linealmente con el giro del motor DC. El uso de la bomba hidráulica

permite aumentar la fuerza ejercida por la tuerca, para de esta manera conseguir

el desplazamiento de la palanca del embrague.

Para el caso del embrague, se actúa sobre su palanca ya que es muy

accesible a pesar de que, para conseguir su desplazamiento es necesario ejercer

una gran fuerza.

En la palanca del embrague se tiene el sensor de posición que envía una

señal de realimentación a la unidad de control para que sea comparada con la

señal de referencia y de esta manera controlar el desplazamiento de la palanca

del embrague.

Al igual que para el control del acelerador y freno, el sistema cuenta con

un conjunto de leds que se encienden y apagan de acuerdo a la posición que

alcanza la palanca del embrague.

El detalle del diseño y la construcción del sistema de control para el

embrague se encuentra en el capítulo V.

2.4 Descripción del funcionamiento del sistema de emergencia

Es importante que el equipo cuente con un sistema de emergencia, el cual

actúa en el caso de una falla que pudiera darse en el circuito de control o en el

circuito de potencia.

27

En la figura 2.5 se muestra el diagrama de bloques del sistema de

emergencia.

PULSADOR ,— / ..... ._DE L""7"

EMERGENCIA [

1

?ruACELERADOR

?ruFRENO

?rU

^

CIRCUITO

DE

CONTROL

FIN DECARRERA

V V

I/

\O

K

CIRCUITO

POTENCIA

(RELÉS)

EMBRAGUE

^XV-^_y^

QT^TP\/f A \/fPPAXTTr>O

DEL ACELERADOR

FIN DECARRERA

JXJ^

-U^_r— i

SISTEMA MECÁNICODEL FRENO

SISTEMA MECÁNICODEL EMBRAGUE

Figura 2.5 Diagrama de bloques del sistema de emergencia

Como se puede observar en esta figura, al presionar el pulsador de

emergencia que es de retención se actúa sobre el contacto K para desacoplar

completamente el circuito de control del circuito de potencia, al mismo tiempo se

alimenta a los motores DC que accionan el acelerador y el freno a través de

contactos de relés que se hallan en el circuito de potencia. Por otro lado el motor

que acciona el embrague se deshabilita totalmente porque en una situación de

emergencia lo que se desea es que el vehículo se detenga inmediatamente y

para esto el embrague no tiene incidencia.

28

Para el caso del acelerador, el motor se alimenta de tal manera que gire

en "el sentido que permita al accionamiento mecánico conseguir la

desaceleración del vehículo. De igual manera se procede para el treno, con la

diferencia de que el giro del motor debe provocar a través del accionamiento

mecánico el frenado.

Como el circuito de control de halla desacoplado eléctricamente, las

señales que envíen los circuitos de realimentación no tendrían ningún objeto, por

ello se utilizan interruptores de fin de carrera para detectar que se haya

alcanzado tanto la desaceleración completa como el desplazamiento a fondo

del pedal del freno y una vez que se consiga esto se apagan los motores

respectivos.

Al presionarse una vez el pulsador con retención, tanto los botones de

control (botón del acelerador, botón del freno y botón del embrague) así como el

circuito de control no tendrán ninguna acción sobre los accionamientos que

realizan la aceleración, frenado y embrague, por lo cual es necesario volver a

presionar el pulsador para retomar nuevamente el control a través de los botones

mencionados.

2.5 Descripción del funcionamiento del sistema de vigilancia del microcontrolador

(Watch Dog Timer)

El watch dog timer es un sistema encargado de supervisar el correcto

funcionamiento del microcontrolador. En algunos tipos de microcontroladores este

sistema ya viene incluido como parte de su circuitería para ser manejado como

un registro más. Sin embargo, para el caso del 8751 esta opción no está disponible

por lo que se hace necesario ¡mplementarla mediante un circuito extemo, con un

29

temporizador que provoca el reseteo del microcontrolador en el caso de que se

"cuelgue", esto último puede deberse a la presencia de una señal

electromagnética o a la temperatura a la que se encuentra trabajando.

El sistema funciona de la siguiente manera, el microcontrolador contiene

en su memoria el programa a ejecutarse el cual está formado por tres bloques:

inicialización, programa de control e interrupciones - subrutinas, como se muestra

en el figura 2.6. Como parte del programa de control se colocan instrucciones que

habilitan y deshabilitan al circuito del watch dog timer.

Si el microcontrolador no se ha colgado, el programa de control se ejecuta

continuamente haciendo que el watch dog timer se habilite y deshabilite sin darle

oportunidad de que genere el pulso para resetear al micro.

PROGRAMA DEL

MICROCONTROLADOR

/

V

INICLALIZACION

PROGRAMA

DE

CONTROL

INTERRUPCIONES YSUBRUTINAS

j

1

Figura 2.6 Bloques que conforman el programa grabado

en la memoria del microcontrolador

En el caso de colgarse el microcontrolador el circuito del watch dog timer

queda habilitado, por lo cual este genera un pulso que lo resetea para restablecer

30

su funcionamiento.

2.6 Descripción del programa de control

Como se mencionó, el circuito de control está conformado por dos

mlcrocontroladores como elementos principales. Por esta razón se tienen dos

programas, uno grabado en el micro encargado del control de la aceleración y

freno, mientras que el otro está grabado en el micro que controla el embrague. Sin

embargo, su estructura es semejante por lo que, la descripción que se realiza a

continuación acerca de los bloques que conforman dichos programas así como

sus tareas sirven tanto para el un micro como para el otro.

Primer b/oque: Iníciaüzación

Dentro de este bloque se realizan las siguientes tareas:

- Definir y direccionar en la memoria todas las etiquetas que se utilizan en el

programa.

- Configurar los registros para habilitar las interrupciones.

- Detectar el tipo de reseteo en caso de producirse, ya que puede tenerse un

reseteo manual (ocasionado por el usuario) o un reseteo producido por el

watch dog timer.

- Si se trata de un reseteo manual, el circuito de control habilita el circuito de

potencia de tal manera que el acelerador, freno y embrague se ubiquen en su

posición de origen.

31

- Limpiar las localidades de memoria que se utilizan en el programa así como las

banderas utilizadas, cuando no ocurre el reseteo del watch dog timer.

Segundo bloque: Programa de control

Es el bloque fundamental, y se ejecuta continuamente. Las tareas que

realiza son:

- Leer los datos enviados desde los botones de control.

- Obtener una señal de referencia en base a las lecturas realizadas.

- Activar el circuito de potencia correspondiente al control del acelerador, freno

o embrague, en caso de haberse manipulado el botón de control.

- Esperar por las señales de realimentación enviadas desde los sensores de

posición, en el caso de que se encuentre activado el circuito de potencia, por

medio de la interrupción.

- Generar las señales para habilitar y deshabilitar el circuito del watch dog timer.

Tercer bloque: Interrupciones y subrutinas

Al producirse el llamado a una Interrupción, esta puede realizar las

siguientes tareas:

32

- Recibir las señales de realimentación desde los sensores de posición para

comparar con la señal de referencia y en base a esta información decidir si el

circuito de potencia debe o no continuar habilitado.

- Realizar el encendido y apagado proporcional de leds que muestran la

posición que se alcanza en la aceleración, freno o embrague.

- Corregir errores que puedan producirse en el desplazamiento de la palanca del

carburador, el pedal del freno o en la palanca del embrague.

En el programa de control se realiza el llamado a las subrutinas, cuya tarea

es:

- Generar retardos de tiempo que se utilizan en el programa.

33

CAPITULO I I I

CONTROL DEL ACELERADOR

3.1 Introducción

Para todos es conocido que para acelerar o desacelerar un vehículo el

conductor manipula el pedal correspondiente, pero en realidad lo que se realiza

es una manipulación indirecta sobre la cantidad de combustible que se suministra

al motor para su funcionamiento. En la actualidad existen dos formas para

proporcionar la cantidad adecuada de combustible al motor: el sistema de

carburador y el sistema de inyección.

En el mercado nacional existe una gran cantidad de vehículos que utilizan

el sistema de carburador, por ello, a continuación se realiza una descripción

acerca de su principio de funcionamiento así como de las partes fundamentales

que lo conforman.

3.1.1 Principio de funcionamiento del carburador

Un vehículo tiene como elemento fundamental un motor de combustión

interna. Este tipo de motores son máquinas que tienen por objeto convertir la

energía calorífica que contienen los combustibles en energía mecánica.

Para obtener la conversión energética (energía calorífica-energía

mecánica) es necesaria una combustión para la cual se requiere una adecuada

mezcla del aire con la gasolina. Los resultados de análisis químicos referentes al

34

tema, han determinado que una apropiada combustión requiere de una mezcla

de aire con gasolina en una proporción de 15 unidades en peso de aire con una

unidad en peso de gasolina; esto último se conoce como dosificación a y

dependiendo de su valor se pueden tener: mezclas ricas, donde el peso del aire

disminuye con respecto a la gasolina (relaciones 14, 13, 12), y mezclas pobres,

donde el peso del aire aumenta con respecto a la gasolina (relaciones 16,17, 18).

De lo anotado anteriormente el motor requeriría de una dosificación a=15

para realizar una adecuada combustión; sin embargo, en un vehículo es

necesario variar el valor de la dosificación para tener mezclas ricas y mezclas

pobres dependiendo de las condiciones de funcionamiento que se requieran en

el motor. Así, las mezclas ricas son necesarias para:

- Arrancar el motor.

- Acelerar el motor.

- Pedir al motor la máxima potencia.

Por otro lado, las mezclas pobres son deseables para:

- Mantener el motor, a velocidad constante.

- Desacelerar y/o frenar.

- Consumir la menor cantidad de combustible.

No obstante, el motor de un automóvil para poder funcionar con eficacia

requiere de una variación en el valor de la dosificación dentro de un intervalo

relativamente pequeño de relaciones aire/combustible por lo que, el objetivo

principal del carburador es suministrar el combustible en proporciones exactas

35

respecto del aire que circula hacia el motor de manera que se mantenga una

relación óptima aire/combustible en cualquier condición de funcionamiento, caso

contrario se producirían mezclas demasiado ricas las cuales generan un consumo

elevado de combustible aumentado así la cantidad de emisiones contaminantes;

o mezclas demasiado pobres que harían que el motor suministre poca potencia y

su rendimiento sea malo.

Todos los carburadores funcionan bajo el principio básico de la diferencia

de presiones. En el motor, a medida que un pistón se desplaza hacia abajo para

realizar la compresión se crea un vacío en el cilindro. A medida que aumenta el

vacío se produce la diferencia de presión entre el cilindro y el carburador, como

éste último se encuentra posicionado de manera que exista alta presión encima

de él (presión atmosférica) y baja presión por debajo del mismo (vacío generado

en el cilindro), se provoca la aspiración del aire a través del carburador, como se

muestra en la figura 3.1.

CARBURADOR

\

Figura 3.1 Aspiración del aire a través del carburador

36

Una característica importante que se debe mencionar en cuanto a la

mezcla aire/combustible es que la gasolina debe ser fraccionada (pulverizada,

atomizada) en pequeñas partículas de manera que puedan mezclarse con mayor

facilidad con el aire para conseguir un flujo uniforme de la mezcla y favorecer así

la combustión.

En la figura 3.2a se muestra el principio del pulverizador en el carburador.

Debido a la corriente de aire que pasa por el tubo 1, llamado difusor, se produce

un vacío en el tubo 2, denominado surtidor, haciendo que el combustible

ascienda por éste hasta el orificio para que la fuerte presión del aire que circula

por el difusor lo pulverice mezclándolo con las partículas de aire.

3.2a 3.2b

Rgura 3.2 a) Principio del pulverizador en un carburador

b) Posición del surtidor en el tubo de paso de aire

Con el fin de aumentar el poder de succión así como también mejorar la

pulverización, el tubo 2 se halla colocado en un estrechamiento del tubo de paso

de aire como se muestra en la figura 3.2b. La región más estrecha del difusor se

llama venturi y por esta parte el aire aumenta su velocidad puesto que la

cantidad de aire que ha de circular es la misma que por la parte ancha del

37

difusor, lográndose así una pulverización más fina del combustible.

Un carburador elemental debe contar con dispositivos adicionales al

difusor y surtidor que permitan realizar la mezcla adecuada que requiera el motor.

Los principales dispositivos con los que cuenta el carburador elemental permiten:

mantener el nivel constante del combustible en el carburador, regular la cantidad

de mezcla que entra al motor, cubrir la demanda de combustible en una

aceleración brusca, proporcionar la mezcla adecuada cuando el motor se

encuentra a baja velocidad y en el arranque.

En la figura 3.3 se presenta el sencillo mecanismo para mantener el nivel

constante de combustible en el orificio del surtidor de un carburador. Para que el

aire produzca la succión de la gasolina es necesario que su nivel esté por debajo

del orificio del surtidor; además el nivel debe ser constante independientemente

del estado de la capacidad del depósito donde se guarda el combustible.

OE LABOMBA DECOMBUSTIBLE

VÁLVULADE AGUJA

CUBETAFLOTADOR

Figura 3.3 Carburador con flotador para mantener el nivel constante

El sistema funciona de la siguiente manera: en el momento en que el nivel

desciende por haberse pulverizado el combustible en el orificio del surtidor, el

38

flotador desciende y suelta la válvula de aguja permitiendo el paso de la gasolina

hasta que el nivel del líquido queda restablecido puesto que al subir la boya la

válvula de aguja vuelve a tapar el orificio de entrada de la gasolina. Este

mecanismo se acciona con gran suavidad de modo que el nivel se mantenga

constante en forma automática.

Por otro lado, el medio para regular la cantidad de mezcla

aire/combustible que entra en el motor es a través de una válvula llamada

mariposa, la cual se halla entre el difusor y el motor, tal como se muestra en la

figura 3.4. A medida que se abre la válvula mariposa se va incrementando

también la corriente de aire a través del difusor, siendo dicha corriente mas o

menos proporcional a la cantidad de gasolina que se succiona del surtidor,

lográndose de esta manera la graduación de la cantidad de la mezcla.

VÁLVULAMARIPOSA

Figura 3.4 Válvula mariposa

En la figura 3.5 se muestra la forma como varía tanto el valor de la

dosificación a así como la potencia obtenida en un vehículo, al abrir

progresivamente la válvula mariposa.

39

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cv

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1> r*. •*•>£- Dosificación14 Cí'

16

' 1 2 3 -4 S 6 r.p.m.xlJOOO

RÉGIMEN DEL MOTOR Y VELOCIDAD DEL VEHÍCULO

Figura 3.5 Variación de la dosificación y potencia de acuerdo

con una progresiva apertura de la mariposa

Otro dispositivo importante que forma parte del carburador es la bomba

de aceleración. Al acelerar un motor de golpe, como en el caso de querer

rebasar a otro vehículo, o al acelerar el automóvil para cambiar de marcha, la

mariposa se abre bruscamente lo que origina una abundante entrada de aire,

pero como las leyes que rigen el paso de líquidos por un tubo y las que rigen el

paso de un cuerpo gaseoso son diferentes, se origina una respuesta lenta en el

flujo de la gasolina empobreciéndose .así la mezcla, cuando lo que se desea es

lo contrario, este defecto se salva añadiendo la bomba de aceleración, como se


40

ARTICULACIÓNDE LA BOMBA

MUELLE DEQU RACIÓN

1POZODE LA

BOMBA

VÁLVULA1

ANTIRRETORNOIDE DESCARA

OE ADMrSIOPJ

Rgura 3.6 Bomba de aceleración

A partir de la figura 3.6 se observa que al abrir la válvula mariposa que se

conecta a su vez con una varilla a la articulación de la bomba, la palanca de la

bomba empuja el émbolo hacia abajo a lo largo de un cilindro que contiene

gasolina, de esta manera se impulsa el combustible adicional hacia el difusor de

modo que el aire lo atomiza y se enriquece la mezcla.

Cuando la bomba vuelve a subir al aflojarse el acelerador por parte del

conductor del vehículo, el cilindro que contiene el émbolo se llena a través de la

válvula antiretorno, quedando la bomba de aceleración lista para un nuevo

accionamiento.

Otra función que debe controlar el carburador, es la mezcla cuando el

motor se halla a baja velocidad, también conocida como velocidad de ralentí.

Cuando el motor gira a baja velocidad, la válvula mariposa se halla casi cerrada

por cuya razón el paso de aire es muy pequeño e insuficiente para hacer fluir la

gasolina del surtidor principal, por lo tanto para mantener el motor al mínimo de

41

revoluciones es necesario añadir otro circuito de gasolina con un nuevo y

adecuado surtidor, lo cual constituye el llamado circuito de marcha lenta o

circuito de ralentí.

En la figura 3.7 se muestra un esquema del circuito de marcha lenta. Este

circuito cuenta con dos surtidores (A y B), en el caso del giro del motor a ralentí, la

válvula mariposa está cerrada por lo que la succión de combustible se realiza en

el surtidor B, con el fin de mantener al motor girando a bajas revoluciones.

Figura 3.7 Circuito de ralentí

En el momento del paso del motor desde el funcionamiento a ralentí hasta

el funcionamiento normal (acción que se consigue con la apertura de la válvula

mariposa), la entrada de mezcla desde el circuito de ralentí es insuficiente para

el motor pero a su vez el surtidor principal todavía no empieza a funcionar debido

a la escasa velocidad con que se inicia la entrada de aire por el cuerpo del

carburador. A fin de evitar este tiempo muerto y para que el paso del suministro

de combustible del surtidor B al surtidor principal se produzca con el máximo de

suavidad, inapreciable en el funcionamiento del motor, se utiliza el surtidor A.

42

Un inconveniente con el que se enfrenta el carburador elemental es en el

momento del arranque, porque el motor requiere la mezcla de mayor riqueza.

Para ello, el carburador cuenta con otra válvula colocada a la entrada de la

torna de aire, llamada estranguladora, como se muestra en la figura 3.8. Cuando

el motor se encuentra funcionando normalmente esta válvula permanece abierta

completamente, pero en el momento del arranque debe ser accionada de modo

que obstaculice el paso del aire generando un vacío relativamente elevado en el

difusor por lo que el surtidor principal descarga una fuerte comente de

combustible enriqueciendo la mezcla necesaria para el arranque del motor. La

válvula puede accionarse manualmente por medio de una palanca colocada en

el tablero de instrumentos del vehículo, o automáticamente a través de un

termostato el cual sensa la temperatura del motor para de esta manera accionar

la válvula del estrangulador en el caso de un arranque en frío.

VÁLVULAESTHAH GUIADORA

Figura 3.8 Válvula estranguladora para el arranque del motor

Los dispositivos mecánicos antes mencionados son los principales

elementos que conforman el carburador elemental, y dependiendo del fabricante

estos varían en su forma, ubicación, construcción y modo de accionamiento. Sin

43

embargo, los fabricantes de carburadores han añadido más elementos con el fin

de proporcionar al motor la mezcla más adecuada tanto en calidad como en

cantidad para de esta manera obtener mayor potencia en el motor, conseguir

mayor ahorro de combustible, disminuir la contaminación ambiental, etc.

Como el carburador es un sistema mecánico cuyo funcionamiento puede

alterarse incluso por las condiciones ambientales en las que se encuentra el

vehículo como son temperatura y presión atmosférica, cuenta con elementos que

permiten su calibración apropiada en el caso de que no suministre la mezcla

adecuada al motor, tal como se muestra en la figura 3.9.

1. caIB>re principal 2- aguja de regulación3. calibre de ralentf 4. surtidor principal5. surtidor de r*lentí (.tornillo deregulación de ralentí

Figura 3.9 Elementos para calibrar el carburador

Resumiendo todo lo dicho anteriormente se establece que un carburador

debe reunir las siguientes características:

- Ser capaz de proporcionar una pulverización de la gasolina de modo que ésta

se mezcle lo más perfectamente posible con el aire.

44

- Mantener la dosificación correcta (a=15) cuando el pedal se mantenga fijo o se

mueva lentamente.

- Proporcionar una mezcla pobre (a=16,17) para ahorrar combustible cuando las

ruedas arrastran el motor.

- Proporcionar una mezcla rica (a=l 1, 12) en las aceleraciones bruscas y al exigir

al motor la máxima potencia.

- Disponer de un mecanismo que facilite el arranque en frío proporcionando una

mezcla rica.

- Disponer de un circuito que permita la marcha lenta, para que el motor pueda

girar a las mínimas revoluciones posibles.

- Llevar un mecanismo de regulación para compensar los efectos del aire poco

denso o demasiado denso, es decir, poder regular la desproporción de la

mezcla en sitios altos, así como también compensar las diferentes temperaturas

de invierno y verano.

- Conseguir la máxima simplicidad posible para hacer que sean fáciles los

reglajes y sus reparaciones, sobre todo las tareas de limpieza y cambio de los

surtidores de regulación.

- Fácil accesibilidad para montar y desmontar el carburador.

45

3.2 Alternativa propuesta

Tomando como base la descripción realizada acerca de las partes

elementales que conforman el carburador, se tomó la decisión de realizar el

control de la aceleración utilizando el mismo medio que el pedal convencional,

por ello se eligió la palanca móvil del carburador, la cual se ilustra en la figura

3.10.

PALANCA DEL

CARBURADOR

Rgura 3.10 Palanca móvil de un carburador

La elección se debe principalmente a que esta palanca es muy semejante

y accesible en todas las marcas y tipos de carburadores, inclusive en aquellos

vehículos de inyección electrónica, además de que es el único medio que

permite regular externamente la cantidad necesaria de mezcla aire/combustible

para conseguir en el automóvil la aceleración más adecuada.

El desplazamiento de la palanca se realiza por intervalos, los cuales no son

46

muy finos, ya que cuando un conductor requiere un pequeño incremento en la

aceleración del vehículo, el desplazamiento que realiza en el pedal y por ende

en la palanca antes mencionada, tampoco es fino.

Para conseguir que la palanca realice los desplazamientos angulares se

utiliza un motor eléctrico el cual debe girar en cualquiera de los dos sentidos, para

obtener así, tanto la aceleración como la desaceleración.

El control sobre el motor, tanto en su sentido de giro como en el

desplazamiento que realice su eje es electrónico, para lo cual se utiliza un

microcontrolador como elemento de control fundamental. Para el

accionamiento del control del acelerador se cuenta con un botón para que

reemplace la acción del pedal convencional.

3.3 Diseño y construcción de! sistema de control del acelerador

El propósito del sistema de control es permitir la manipulación tanto de la

aceleración como de la desaceleración de un vehículo utilizando un sistema

electromecánico, por lo tanto, resulta claro que el sistema está constituido de las

siguientes partes:

1. El sistema mecánico

2. El sistema de control electrónico.

3. El programa de control.

47

A continuación se presenta en la figura 3.11, un diagrama del sistema de

control del acelerador:

Botón demando

Carburador

Palanca de

aceleración

Lectura de

Dosición

Rgura 3.11 Diagrama de bloques del sistema de control

Una vez indicadas las partes que conforman el sistema de control se

procede a detallar el diseño del sistema mecánico y del sistema de control

electrónico. La parte correspondiente al programa de control se detalla en el

capítulo IV, ya que el mismo controla tanto el acelerador como el freno.

3.3.1 Diseño del sistema mecánico

En la alternativa planteada se indicó que el desplazamiento de la palanca

móvil del carburador se realiza por medio de un motor eléctrico, el cual por

razones mecánicas en cuanto a facilidad de montaje, espacio disponible y

seguridad, no puede ser acoplado directamente al carburador, por lo que la

implementación debe realizarse en un sitio muy accesible para que no interfiera

con el funcionamiento de las partes mecánicas del vehículo, además de que el

sitio seleccionado debe facilitar el montaje del sistema de control implementado

para su mantenimiento tanto preventivo como correctivo, si fuera el caso.

48

Como el motor se encuentra alejado del objeto cuya posición se desea

controlar, es necesario utilizar un medio a través del cual se pueda conseguir el

movimiento de la palanca del carburador una vez que el motor se encuentre

girando. Para superar este inconveniente se hace uso de un cable de similares

características al utilizado en el acelerador convencional, para lo cual el un

extremo se acopla al eje del motor a través de una polea mientras que el otro

extremo se sujeta en la palanca del carburador.

Por la no disponibilidad de un vehículo, se decidió hacer uso solamente de

un carburador desmontado. Por lo tanto, el conjunto de elementos mecánicos

utilizados con la finalidad de reemplazar el pedal convencional para conseguir la

aceleración de un vehículo, son los siguientes:

• Un motor de comente continua.

• Un eje auxiliar para el motor DC.

• Soportes metálicos

• Una polea de aluminio.

• Un cable de acero.

• Un carburador.

• Base metálica para el ensamblaje.

Ya que el motor utilizado no cuenta con un eje apropiado en el que

pueda montarse la polea, fue necesario implementar el eje auxiliar para

acoplarse al motor, el cual se ilustra en la figura 3.12.

49

Eje0=0.9cm

Motor DC

3.12a

0.9cm

I,5cm

-I0.9cm

0.9cm

3.12b

Figura 3.12 a) Eje del motor DC.

b) Eje auxiliar para montar la polea.

El eje auxiliar tiene una longitud adecuada para facilitar el montaje de la

polea, y se sujeta fuertemente al motor por medio de un pasador roscado. Por

otro lado, el material del que está hecha la polea es liviano para disminuir la

inercia rotacional y con ello facilitar el control de posición, por ello se utiliza una

polea de aluminio, la cual se sujeta al eje auxiliar por medio de un pasador. La

elección del radio de la polea se encuentra en el numeral 3.3.2.3.1

El montaje de la parte mecánica se realiza sobre una base metálica, tal

como se muestra en la figura 3.13, para de esta manera poder realizar el control

del aceleración.

50

Figura 3.13 Módulo mecánico

Un punto que se tomó en cuenta para diseñar el sistema mecánico es que, a

pesar de realizarse las adaptaciones mecánicas necesarias en el vehículo, éste

debe poseer la característica de permitir la aceleración del automóvil tanto desde

el pedal como desde el sistema de control electrónico ¡mplementado, por lo que se

sugiere hacer una adaptación mecánica como la de la figura 3.14, que tiene la

forma de una "T" para conseguir así el desplazamiento de la palanca del

carburador, ya sea a través del cable controlado por el motor DC o el cable

controlado por el pedal.

51

A la palanca del carburador

Cavidad para

asegurar el cable

desde el pedal

I

Cavidad para

asegurar el cable

Figura 3.14 Adaptación mecánica para el desplazamiento de la palanca

del carburador desde dos sitios diferentes

3.3.2 Diseño del sistema de control electrónico

El sistema de control electrónico está formado tanto por el circuito de

control como por el circuito de potencia, los mismos que requieren de una fuente

de alimentación para energizar los elementos que utilizan cada uno de ellos.

3.3.2.1 Diseño de la fuente de alimentación

El equipo desarrollado tiene como fuente de alimentación, tanto para el

circuito de control como para el de potencia, una batería de 12 VDC del mismo

tipo que las utilizadas en los automóviles convencionales.

Sin embargo, el circuito de control está conformado por dispositivos

electrónicos que requieren para su funcionamiento de una alimentación de 5VDC,

por lo tanto, es necesario un circuito acondicionador para la alimentación del

52

circuito mencionado, el cual consta básicamente de un regulador de voltaje.

Como parte del circuito acondicionador se hace necesario el uso de un

filtro pasabajos, debido a que en los vehículos se genera ruido eléctrico, cuya

fuente está especialmente en el alternador, motores y sistemas de ignición.

El filtro implementado es semejante al utlizado en ciertos taxímetros

electrónicos, y está formado por una red RC (resistencia-capacitor) obteniéndose

el circuito de acondicionamiento de la figura 3.15

AL CIRCUITO DE POTENCIO

1 Rl D

| V V •

1111 "

~I

peí

REGULADORWT \íd

B

DE VC

¿r*-

5LTPJE| ^ ñl_ CIRCUITO

DE CONTROL

^ C2

FILTRO PASABAJOS

Figura 3.15 Acondicionador de señal para el circuito de control

La función de transferencia del filtro es :

F T1 + s R 1 C I

[3.1]

Con el fin de disminuir la señal de ruido, además de no ocasionar una

exagerada caída en voltaje se coloca una resistencia Ri= la. La demanda de

corriente del circuito de control se ha estimado en 2 A, ya que se requiere

53

alimentar dos tarjetas MCPD51, además de otros dispositivos que forman parte del

circuito de control.

Por lo tanto, la caída de voltaje en Ri es tal que:

V = I * Ri [3.2]

V = 2A* 1 Í5

V = 2V

y la disipación de potencia en Ri es:

P = V * I [3.3]

P = 2V * 2A

P = 4W

por lo tanto, sea Ri = 1 a, y 5W

La frecuencia de corte para el filtro se estableció en fc= 60Hz, por lo tanto,

el valor del capacitores:

w*Rl*Cl=l [3.4]

2*7t*f*Rl*Cl =1 [3.5]

Cl = 2652

se escoge un valor normalizador de Cl = 2200uF de 50 V

Debido a que en la resistencia Ri del filtro pasabajos cae un voltaje de

54

hasta 2V y que además se prevee que el voltaje de la batería pueda disminuir un

25%-del voltaje nominal, se asume que el regulador de voltaje debe proporcionar

en su salida los 5V necesarios, teniendo variaciones de voltaje en su entrada

desde aproximadamente 7V. Tomado este valor como peor condición, se ha

seleccionado el regulador de voltaje ECG 931, cuyas características principales se

encuentran en el anexo A

Se debe indicar que el valor del capacitor C2 sugerido por el fabricante es

de 0.1 uF el cual sirve para reducir transitorios creados en el switcheo de la lógica

digital utilizada.

3.3.2.2 Diseño del circuito de control

El circuito de control para el acelerador está basado en la tarjeta MCPD51

cuyo elemento fundamental es el microcontrolador 8751. Debido a la gran

versatilidad de la tarjeta mencionada se han incluido circuitos electrónicos

adicionales, que en conjunto permiten realizar el control requerido, y cuyas

funciones principales son:

1. Leer la señal análoga (O a 5V) enviada por el botón de mando del acelerador.

2. Digitalizar la señal, procesarla y enviar señales de control de O ó 5 V al circuito

de potencia para ubicar el eje del motor en determinadas posiciones.

3. Proporcionar al usuario, de manera indirecta, la información de la posición en

la que se encuentra la palanca del carburador a través de un indicador

luminoso.

55

4. Controlar la ubicación del eje del motor por medio de un codificador óptico.

5. Retomar el control del sistema si por alguna causa éste se pierde, usando

señales de interruptores de fin de carrera.

Cabe indicar que la lectura de la señal análoga enviada por el botón de

mando, los indicadores luminosos de posición, y el circuito para retomar el control

del sistema son manejados por el microcontrolador como memoria externa.

En el siguiente diagrama (figura 3.16) se indican los bloques que conforman

el circuito de control

Indicadores luminosos de posición

Circuito para retomarel control

Figura 3.16 Diagrama de bloques del circuito de control

A continuación se detallan los diseños de los circuitos que forman parte del

circuito de control, valga la redundancia.

56

3.3.2.2.1 Diseño del botón de mando

Debido a que en el mercado no se encontró un botón de mando con las

características eléctricas y mecánicas que se requieren para la operación de los

sistemas de control impiementados, se decidió utilizar básicamente un

potenciómetro de desplazamiento lineal de 5KQ, al cual se le adaptó un resorte

en su perilla con la finalidad de que se asemeje a un pequeño pedal de

acelerador.

La acción que realiza es la siguiente: para variar la aceleración del

vehículo, se mueve la perilla del potenciómetro en el sentido de incremento del

valor de la resistencia enviándose de esta manera una señal de voltaje análoga ;

y si se suelta la perilla, esta regresa al punto de partida por si sola debido al resorte

acoplado a la misma. En la figura 3.17 se muestra el diseño realizado.

7 , 5 cm

2 cm

^—f..............

2cm

Rgura 3.17 Botón de mando

57

Cabe indicar que debido a la disposición del resorte en el potenciómetro

no se consigue un recorrido completo de la perilla y por lo tanto, tampoco es

posible tener una variación total de la resistencia, llegándose a obtener un rango

entre O y 1.1 Kn.

3.3.2.2.2 Acondicionamiento de la señal del botón de mando

A través del botón de mando se ingresa al circuito de control una señal

análoga que debe digitalizarse para su procesamiento, para lo cual se utiliza el

conversar análogo-digital ADC0804, cuya señal de entrada puede variar entre O

y 5V, por lo tanto es necesario un circuito acondicionador el cual es básicamente

un divisor de voltaje en el que se ha tomado como señal de entrada la salida de

un regulador de voltaje, tal como se muestra en la figura 3.18, pues se prevee que

existan variaciones de voltaje en la batería que se reflejarían a la entrada del

conversar, ocasionando operaciones erróneas ya que el microcontrolador

entendería como una manipulación en el botón de mando.

El regulador de voltaje utilizado es el ECG 964 el cual entrega un voltaje a

la salida de 8V DC . Las características del mismo se encuentran en el anexo A.

Salida delfiltro RC

VOLTPiGE REGULftTOR Ál conversor ABC

vi G voB

A A A1 v ^

^-^ r^ C>

Botónmando

deP

Figura 3.18 Acondicionamiento de la señal del botón de mando

58

• El condensador que el 'fabricante recomienda a la salida del regulador

salida es :

El potenciómetro utilizado como botón de control es de 5Kn, sin embargo,

debido a la adaptación mecánica realizada en él no es posible tener todo el

rango de variación, sino entre O y 1.1 KQ como se mencionó anteriormente, por lo

tanto la resistencia R es :

= VREG.*—— [3.6]

A partir de la ecuación [3.6] se tiene:

V[3.7]

Si VA= 5V , entonces P debe ser 1.1 Kn. Por lo tanto, reemplazando valores

se tiene :

8VR=—nim-iim

R = 660Q,

Entonces se escoge un valor normalizado de R=680a

Con este valor se consigue un voltaje variable entre O y 5V que será

59

digitalizado por el conversar análogo-digital y procesado por el microcontrolador.

3.3.2.2.3 Acondicionamiento de las señales de control para el circuito de

potencia

Al manipular el botón de mando del acelerador el programa del

microcontrolador determina si el vehículo debe acelerar o desacelerar, para lo

cual envía una señal de habilitación a través de los pines Pl.O y Pl.l al circuito de

potencia, como se muestra a continuación en la tabla 3.1.

ACELERACIÓN

Pl.O

Pl.l

DESACELERACIÓN

Pl.O

Pl.l

SEÑAL EN LOS PINES

1L

OL

SEÑAL EN LOS PINES

OL

1L

Tabla 3.1 Combinación de señales en Pl .0 y Pl .1

para acelerar y desacelerar

Debido a que Pl.O y Pl.l deben manejar dos optoaisladores, los cuales

permiten un desacoplamiento eléctrico entre el circuito de control y el de

potencia, pues este último podría eventualmente presentar alguna falla y afectar

al circuito de control, es necesario incrementar la capacidad de corriente de

dichos pines por medio del circuito integrado 74LS244. Este C.l. permite además

manejar la habilitación de los transistores del circuito de potencia; sus

características se presentan en el anexo A . El uso de los optoaisladores facilita

también el manejo de las bases de los transistores de potencia para lograr

llevarlos a sus regiones de corté y saturación. El circuito se muestra en la figura 3.19

Amplificador de

Microcontrolador corriente

Pl.O

Pl.l

Ih-

>-[

NL>r>VIS~v^ (

»•Optoaislador Habilitación del

,. circuito

- . , Habilitación delOptoaislador dm¿ío

». de potencia

Figura 3.19 Circuito para la habilitación del circuito de potencia

El optoaislador utilizado es el circuito integrado ECG 3086 que contiene a

su vez dos optoaisladores (figura 3.20) cuyas características se presentan en el

anexo A.

SftUIDft 1Y1

DEL 74L.S244 R

SftLIDft 1Y2

QPTQfllSLPlDQR

DEL 74LS244 R — ¿1 circuito dePotencia

Figura 3.20 Circuito del optoaislador

61

A partir de la figura anterior y de los requerimientos para el circuito de

potencia (numeral 3.3.2.3.2) se tiene que la corriente en el colector del transistor

del optaislador es 1.5 mA

VQUt 74244-YAKK — ' - 13.5 J

IAK

Se asume IAK = 15mA

15 mA

Se escoge R = 270Q

Por otro lado, observando el cuadro de habilitación 3.1, se determina que

las señales en los pines Pl.O y Pl.l no pueden ser simultáneamente 1L, ya que esta

condición haría habilitar todos los transistores del circuito de potencia,

ocasionando un cortocircuito de la batería. Además se debe mencionar que, el

microcontrolador tiene la característica de poner los pines del pórtico Pl en alto,

listos para una lectura, cuando se lo reinicializa (resetea), provocando de esta

manera que tanto Pl.0 y Pl.l se pongan simultáneamente en 1L

Por lo tanto, como medida de protección se implemento una compuerta

AND para deshabilitar las señales de control cuando se encuentren en un nivel

alto simultáneamente, como se muestra en la figura 3.21.

Como se observa en la figura, si las dos señales Pl.O y Pl.l tienen un valor

de 1L a la salida de la compuerta AND se tiene 1 L, valor con el cual se deshabilita

el manejador de corriente 74LS244, pero cuando en uno de los pines se tiene un OL

62

la salida de la compuerta también es OL con la cual se habilita el 74LS244. Con

esto se logra el correcto funcionamiento del circuito de potencia, a más de

proteger de un cortocircuito a la batería.

-?

74LS244

Pl.O

Pl.lAND

HABILITACIÓN

74LS244

Figura 3.21 Diagrama del circuito para evitar cortocircuitar la fuente

3.3.2.2.4 Diseño del circuito para los indicadores luminosos de posición

Anteriormente ya se indicó que el control implementado proporcionará al

usuario una lectura indirecta de la posición de la palanca del acelerador del

carburador por medio de leds. Para tal propósito el microcontrolador apunta a la

localidad de memoria especificada para los leds del acelerador y carga en el bus

de datos un valor correspondiente al número de leds que se encenderán de

acuerdo a la posición en la que se encuentra la palanca del carburador. Los

datos ingresan a un circuito integrado 74LS373 que es un "laten" para permitir el

encendido de los leds. El circuito eléctrico forma parte de la tarjeta MCPD51.

63

' En la figura 3.22 se indica el diagrama de bloques del circuito

Resistencias Barra de leds

LATCH

uC 8751

[

>ÍX

Bus dedatos

Ooooooo

Figura 3.22 Diagrama de bloques del circuito para los leds de posición

3.3.2.2.5 Diseño del circuito que permite retomar el control

Si por alguna circunstancia mecánica o eléctrica la palanca de

aceleración del carburador no se ubica en la posición que el microcontrolador

ordenó, se pierde el control, provocando que el motor siga funcionando

indefinidamente, lo que ocasionaría que el vehículo quede completamente

acelerado o desacelerado, además de que se producirían daños tanto en la

parte mecánica como en la parte eléctrica, ya que el giro indefinido del motor

haría que se siga tensando el cable de acero dañando así por ejemplo la

palanca del carburador.

Además, en el motor se produciría una sobrecarga que se refleja en el

circuito de potencia con una gran demanda de corriente por lo cual sufrirían

daños los transistores de potencia.

64

• La alternativa para solucionar este posible problema es la ubicación de

interruptores de final de carrera en las posiciones inicial y final del rango de

operación de la palanca del carburador, como se indica en la figura 3.23.

Tone finalPalanca de aceleración del

NO

NC

Figura 3.23 Ubicación de los finales de carrera

Cuando se presiona uno de los dos, se envía una señal al microcontrolador

a través de la interrupción externa 1 (INT1) y éste inmediatamente apaga el motor

respectivo y retoma el control.

El fin de carrera normalmente cerrado (NC) va conectado en el circuito de

potencia correspondiente, pues se lo utiliza también como parte del sistema de

emergencia que se detalla en la capítulo VI. Este interruptor debe soportar los

picos de corriente de 2 veces la In que se producen en el arranque del motor, y

por la disponibilidad en el mercado se tiene un fin de carrera de 5A. En la figura

3.24 se indica la ubicación para el interruptor de fin de carrera normalmente

cerrado NC.

65

<TS5>-

5ENI

í

Figura 3.24 Ubicación del interruptor de fin de carrera NC

La señal del interruptor NC ingresa a un circuito implementado con

transistores NPN ECG 123 con la finalidad de acondicionar la señal, ya que ésta

va al circuito de control, para lo cual se utiliza el circuito de la figura 3.25a.

ISENIQL

vcc

Re ¿1 circuito eliminadorde rebotes

3.25°

66

VAK R.-AK

V,CESAT

3.35 b

Figura 3.25a Circuito para acondicionar la señal del final de carrera NC

3.25b Circuito equivalente

Normalmente el interruptor de fin de carrera NC no está presionado, por lo

tanto el transistor Ql está saturado, haciendo que el colector del transistor Q2 esté

en 1L El condensador C de la figura 3.26 se encuentra con un voltaje de 5V.

Cuando se presiona el final de carrera NC Ql se abre provocando que Q2 se

sature descargando de esta manera el capacitor C tal como se muestra en la

figura 3.25b.

67

Ve - VCE SAT Q2 - VAKidescaiga = ~~ ' |_3.

RAK

Se asume una resistencia RAK = 1OQ,

5-0.4-0.7Idescaiga = ' = 3 9 0 mA

Entonces Q2 se elige el ECG 123 A

ICQ2Í3Q2 > —— para saturar el transistor [3.10]

Con un J3 característico de 100, se tiene:

ICQ2= 20mA

IBQ2 = ICQl

VCC - VBEQ2- - -

ICQl

5-0.6 V

[3.11]

= 220Q20 mA

A partir de la ecuación 3.10 se tiene:

IBQI = 5—— = ImA

12-VBEQlRbQi = — [3.13]

ÍBQ:

12-0.6RbQ1 = • = 11.4KQ.

Se elige Rbqi = 10KQ

68

Tanto el interruptor normalmente abierto como el normalmente cerrado en

el cual se acondicionó la señal, se conectan a un circuito individual para eliminar

los rebotes producidos en el cierre y apertura de los contactos, como se ilustra en

la figura 3.26. Cuando los finales de carrera no se presionan los capacitores están

cargados, mientras que al cerrarse uno de los dos finales de carrera, se produce la

descarga del capacitor correspondiente, pero en este último, además se

producen variaciones de voltaje por los rebotes de los contactos, los cuales se

amortiguan con la red RC. Dichos rebotes no deben ser detectados por el

microcontrolador, por lo que se utiliza además una compuerta Schmitt Trigger, que

invierte la lógica de la señal, por lo cual se utiliza una segunda compuerta

inversora, tanto para el final de carrera NC como para el NO, para de esta

manera manejar las dos señales a través de una compuerta AND de dos entradas.

- - -Del _|_circuito —acondicionador deseñal

vcc

NO\4

P CIRCUITO GENERPDCR

DE PULSO

-74HCJ.4 74HC14

Figura 3.26 Circuito eliminador de rebotes

Cuando se abre o se cierra el contacto se producen rebotes mecánicos,

69

por lo tanto la constante T de la red RC debe ser mayor al tiempo que duran los

rebotes, el cual es de alrededor de 20 ms, por lo cual se ha elegido un T = 60ms

para garantizar la no presencia de los rebotes.

[3.14]

Entonces a paritr de la ecuación [3.14] se tiene que:

1//F

Se escoge R = 56KQ

Se debe indicar que, al pin de la interrupción externa 1 (INT1) del

microcontrolador se conectan tres señales, tal como se muestra en la figura 3.27, y

que son:

- Finales de carrera del acelerador.

- Pulsos de posición de la palanca del carburador.

- Pulsos de posición del pedal del freno.

Por lo tanto, en el caso de que se presione uno de los dos finales de carrera

del acelerador, el microcontrolador detecta la llamada a la interrupción 1 porque

en el pin correspondiente se tendría un OL, y se mantendría con este valor mientras

siga presionado el final de carrera, por lo cual el micro no podría detectar

nuevamente la interrupción 1 que se podría generar debido a los pulsos de

posición para el control del freno. Por esta razón el pin de la interrupción externa 1

70

debe manejarse sólo a través de pulsos; por ello, es necesario utilizar un circuito

generador de pulso para producir la interrupción 1, cuando ésta se deba al

accionamiento de uno de los finales de carrera.

En la figura 3.27 se presenta el circuito generador de pulso.

Del circuitoeliminador derebotes

VCCENTRADA DE PUUSOS DEPOSICIÓN DE:

FRENO

ACELERADOR

Rl

í 2

5

T C1_

R

IM 555

37

B

q

74HCÍ4

A la interrupcioexterna 1

Figura 3.27Circuito generador de pulso

En la figura anterior, el circuito integrado LM555 trabaja como un

generador de pulso, cuya configuración se obtuvo de la referencia [4], por lo cual

deben calcularse los elementos para la duración del pulso requerido.

El ancho del pulso se calcula con la ecuación :

t=l.!RiC

Sea t=l ms y

[3.15]

a partir de la ecuación [3.15] se tiene :

71

Por lo tanto, se escoge Ri = 8.9 KD

El pin 3 del 555 se mantiene en nivel bajo (OL) cuando los finales de carrera

no se han presionado. Cuando uno de ellos se presiona la salida de la compuerta

AND del circuito de la figura 3.26 se pone en nivel bajo haciendo que la salida de

la compuerta del Schmitt Trigger A, se ponga en alto habilitando el transistor Ql, lo

que a su vez origina la habilitación del LM555 poniendo en alto el pin 3 durante el

intervalo de tiempo para el cual fue diseñado.

Se debe notar que si se conecta directamente el pin 3 del LM555 a la

entrada de la compuerta AND de tres entradas, se tendría en su salida un OL

cuando no se presionen los finales de carrera, por lo cual la interrupción INT1 no

sería capaz de detectar las otras fuentes de interrupción, por ello, es necesario

utilizar otra compuerta inversora B, entre el pin 3 del LM555 y la entrada de la

compuerta AND de tres entradas.

La corriente que consume el LM 555 es de 0.7 mA por voltio de

alimentación (5mA para Vcc = 5V), y la corriente que circula por Rl es del orden

de los microamperios durante la carga de C por lo que, la corriente por el

colector de Ql se dimensiona para un valor de 5mA . El transistor utilizado es el

ECG 123A.

La comente de base de Ql se obtiene a partir de la relación [3.10] :

72

Ibgi — 5ICQI

T

100= 0.25 mA

La comente de salida cuando el 74HC14 está en 1L es de hasta 4mA por lo

que puede saturar a Ql .

Para que el microcontrolador pueda ejecutar adecuadamente la acción

de retomar el control es indispensable enviarle información acerca de cual

interruptor de final de carrera fue presionado. Esto se consigue tomando los datos

que ingresan a la compuerta AND del circuito de eliminación de rebotes e

ingresándolos a un 74LS244 para poder ser leídos por el microcontrolador. El

circuito es el que se muestra en la figura 3.28.

Acelerador

Circuitos deeliminación derebotes

DñTQl

DQT02

Habilitación delmicrocontrolador

Freno


DñT03

A la interrupciónexterna 1

1

TO1 >TO2 > •TOS >TO-4 >

r— >=

1A11A21A3

2A12A2

2A-4

2G

ÍY11Y21Y31Y42Y12Y22Y32Y4

Al bus de datos delmicrocontrolador

¿L la intez-rupciónexterna O

AND2

DPITO4 >

Figura 3.28 Circuito para identificar el final de carrera presionado

73

Como se puede observar al 74LS244 ingresa la información del estado de

los interruptores de fin de carrera tanto del sistema de control del acelerador (Dl y

D2) así como del sistema de control del freno (D3 y D4). Entonces, cuando se

produce una interrupción por la presión de un final de un carrera, ya sea INT1

para el acelerador o INTO para el freno, el microcontrolador lee la información del

74LS244 mostrado en la figura 3.28 para identificar el final de carrera presionado y

de esta manera saber la posición que ha alcanzado ya sea la palanca del

carburador o el pedal del freno.

3.3.2.2.6 Diseño del circuito de realímentación. Pulsos de posición

El circuito de realimentación proporciona al microcontrolador la

información de la posición de la palanca del carburador, y en base a ella realiza

las tareas de control indicadas en el programa grabado en su memoria.

La lectura de la posición se realiza utilizando un codificador óptico

conjuntamente con un disco dentado, tal como se indica en la figura 3.29. El

disco

Disco dentado

Sensor Óptico

Figura 3.29 Sensor óptico y disco dentado

74

está acoplado a la palanca del carburador, ya que en este dispositivo es donde

se realiza el control de la posición, y de acuerdo a su desplazamiento los dientes

del disco permiten o no el paso de la luz infraroja (IR) desde el diodo emisor IR

hacia el foto transistor receptor IR, produciéndose pulsos de 5V de amplitud. Sin

embargo, en los pulsos generados ocurren retardos durante el cambio de nivel

lógico [de OL a 1L y viceversa) por lo cual se utiliza un inversor tipo Shmitt Trigger.

Cada pulso generado se detecta en el microcontrolador a través de la

interrupción externa 1. Pero en el numeral 3.3.2.2.5 se señaló que dicha

interrupción maneja tres señales diferentes a través de una compuerta AND, y

como la interrupción está configurada para habilitarse con un flanco de bajada

(•1) las entradas a la compuerta deben estar todas en un nivel alto previo al

cambio de nivel lógico de cualquiera de ellas, para que dicho cambio pueda ser

detectado por la interrupción.

Por lo tanto, para tener el nivel lógico correcto a la salida del circuito de

realimentación es necesario añadir otro inversor, obteniéndose el circuito de la

figura 3.30.

vcc

ft Lfi INTERRUPCIÓNEXTERNft 1

74HC14

Sensor Óptico

Figura 3.30 Circuito de realimentación

75

El sensor óptico seleccionado es el ECG3104 cuyas características

principlaes se indican en el anexo A.

En base a las características del sensor se tiene:

VCC-VAK

Se asume una comente IAK = 15mA

5-0.7Rl = —— = 286.7Q

Se escoge Rl = 270Q

VCC-VCESATR2- [3.17]

Sea Ic = ImA

5-0.4R2=—-- =

Se elige R2 = 4.7KQ

El giro máximo de la palanca es de aproximadamente 80 grados y se ha

dividido este desplazamiento angular en ocho partes de 10 grados cada una.

Aunque en realidad el intervalo puede dividirse en un mayor número de

partes, se eligieron, ocho porque con este número se facilita el desarrollo del

programa de control, corno se indica en el capítulo IV, además de que se cree

que con los desplazamientos de 10 grados se tienen variaciones de aceleraciones

apropiadas. A partir de la relación [3.18] y considerando una longitud promedia

76

en el brazo de la palanca del carburador de 3cm, los desplazamientos del cable

entre cada intervalo son aproximadamente:

AB= e [rad]xr[cm] [3.18]

AB = 10°x3cmx180°

AB = O.Scm

Ya que las perforaciones en el disco están a 10° entre sí, al disminuir el radio

dichas perforaciones tenderán a estar más juntas de acuerdo a la ecuación [3.18],

por lo que cualquier pequeña variación indebida en la polea afectaría la

posición en la que se encuentre el disco, haciendo que éste envíe pulsos

incorrectos al circuito de control.

Por lo tanto, el radio del disco dentado no debe ser muy pequeño, y de

acuerdo a las pruebas realizadas el radio del mismo puede ser entre un 15% y 25%

menor a la longitud del brazo de la palanca del carburador.

3.3.2.3 Diseño del circuito de potencia

3.3.2.3.1 Dimensionamiento del motor DC

Para la determinación de los parámetros del motor DC, como son :

potencia, torque, velocidad, se procedió a realizar varias mediciones en la

palanca del carburador de diferentes automotores llegando a obtener los

siguientes datos:

t= 0.5 seg. Tiempo para un rango de desplazamiento total.

77

6= 80° Desplazamiento angular máximo

rp= 3 cm Radio promedio de la palanca.

F= lOlb Fuerza requerida para el desplazamiento de la palanca.

Se considera que el movimiento de la palanca del carburador es del tipo

circular uniformemente acelerado por lo tanto se plantea la siguiente ecuación :

-at2 [3.19]

Ya que wo = O, se tiene a partir de [3.19] la siguiente relación

[3.20]

«=i*80* *0.52 "~ 180

rada = 11.14

s

a = a rp [3.21]

donde rp es el radio de la palanca del carburador

a = 11. 14* 0.003

Entonces, se considera que la velocidad lineal de desplazamiento del cable es:

Vf = Vo+ at [3.22]Vf = 0+ 0.3 * 0.5

m cmVf= 0.15 — = 15 -

s s

78

CablePalanca móvil delacelerador

PoleaDisco generador depulsos

Figura 3.31 Acoplamiento entre la palanca del carburador

y la polea del motor DC

En la ecuación [3.22], Vf es la velocidad tangencial con la que debe

desplazarse el cable que tensa la palanca del carburador, lo cual se ilustra en la

figura 3.31 .

A partir de este valor Vt,se determina la velocidad angular con la que debe

girar el eje del motor.

79

[3-23]

Considerando un radio TM del eje del motor de 0.0025 m

' 0.15WM 0.0025 m

radWM = 60 - = 573 RPM

s

Por lo tanto el torque al eje del motor es:

TM = F rM [3.24]

TM = 45 N (0.0025 m) = 0.113 Nm

La potencia requerida es:

PM =TM WM [3.25]

radPM=0.113Nm 60

sPM = 6.8 W

Para evitar problemas en el enrollamiento del cable se decidió utilizar una

polea de un radio aproximado al de la palanca del carburador.

rpoi = 3 cm donde rpoi es el radio de la polea

Considerando una velocidad lineal constante del cable se procede a

determinar la velocidad angular que debe tener el eje del motor.

wpoi= —• [3.26]rpoi

15 cm/s rad= — =5 =47 RPM

3 cm s

80

En base a los requerimientos de potencia, torque y velocidad que necesita

el sistema de aceleración se llegó a elegir un motor de DC utilizado en el sistema

de limpiaparabrisas de los automotores, cuyas características son :

Voltaje = 12 VDC

Comente = 1OA

Torque = 25 Nm

Velocidad = 45 RPM

Este motor presenta las siguientes ventajas:

Incluye un sistema reductor de velocidad con una relación de 30 :1

Debido al mecanismo utilizado en el reductor, permite fijar la posición del eje del

motor a pesar de aplicar una fuerza considerable en él, sin que se encuentre

alimentado.

El motor está diseñado para trabajar en el ambiente del vehículo.

Este tipo de motor se lo puede encontrar fácilmente en el mercado.

Permite un fácil montaje en el sitio que se requiera.

3.3.2.3.2 Puente de inversión de giro

Está conformado por transistores de potencia, transistores de señal y

optoaisladores como se indica en la figura 3.32.

81

Rl

Figura 3.32 Diagrama del circuito de potencia

A continuación se presentan las principales características que deben

tener tanto los transistores de potencia como los que los manejan :

1. Trabajarán como interruptores en las regiones de corte y saturación.

2. En cuanto a la conmutación se dimensionan transistores de switcheo rápido

menor a 1 microsegundo debido a la velocidad de las señales de habilitación y

deshabilitación que envía el microcontrolador hacia el circuito de potencia.

3. Están sometidos a picos de 2 veces la corriente nominal ( ln=0.8A) durante el

arranque del motor.

4. Debido a la aplicación, no es un parámetro fundamental de diseño la potencia

de disipación de los transistores porque no se encuentran operando

continuamente.

Una vez determinadas las características que deben tener los transistores

de potencia y tomando en cuenta los siguientes parámetros:

Voltaje =12VDC

82

Comente del motor U

Donde :

_ _ PM _

VBAT - 2 VCESATQI

Se considerará una corriente de 2 veces la In para el dimensionamiento es

decir ln=1.5A

Se elige el transistor TIP31A de Motorola, cuyo reemplazo es el ECG 291 y sus

características están en el anexo A.

De acuerdo a las características del transistor se requiere en la base de Q2,

una corriente de 30 mA.

Ibq2 = ICQS

ICQSIbqs > —— Para garantizar la saturación del transistor

Se elige Q8 el transistor ECG 123 A cuyo fj característico es de 100

Icqg 30 mAJ ~ ~ D "

= ICQ12

VcEQ4 - VBEQ4 - VBEQ8 - VcESATQ12Rl = ; [3.28]

ICQ12 L J

1.5 - 0.7-0.6-0.02 VRl = = 120Q

1.5 mA

Por lo tanto se elige el valor de Rl = 120Q

83

3.3.2.3 Protecciones

Con el objeto de garantizar que el circuito de potencia no sufra daños

eléctricos debido a cortocircuitos provocados por diferentes circunstancias de

operación, se procede a dimensionar el fusible para proteger el circuito de

potencia.

Se considera un factor de l.SIn, por lo tanto el fusible es para una

capacidad de corriente de:

lfus¡bie=1.5xln= 2A. [3.29]

Debido a que la carga es inductiva se usan diodos de recuperación rápida

para eliminar la energía acumulada en el motor en el momento de la

conmutación. Se dimensionan para la comente nominal ln=0.8A

Por lo tanto, se elige el diodo 1N4934

En la figura 3.33 se puede observar las protecciones para el circuito de

potencia.

84

Figura 3.33 Protecciones para el circuito de potencia

85

CAPITULO IV

CONTROL DEL FRENO

4.1 Introduccción

El automóvil está provisto de un sistema de frenos para conseguir tanto la

disminución de la velocidad así como su detenimiento completo. Por otro lado,

para el común de los conductores resulta irrelevante conocer el principio

mediante el cual consigue detener su.vehículo, así como la manera en la que se

accionan cada uno de los elementos que conforman este sistema.

Sin embargo, para el desarrollo de la presente tesis, y más

específicamente para realizar el control del freno electrónicamente, fue

necesario conocer su principio de funcionamiento así como los elementos

principales con los que cuenta, para en base a esta información establecer el

sitio más apropiado en donde ubicar el sistema de control. Por ello, a

continuación se presenta una descripción acerca del funcionamiento del

sistema de freno.

4.1.1 Principio de funcionamiento del sistema de freno

El frenado de un vehículo se basa en la fuerza de fricción que se ejerce

sobre las ruedas en movimiento. De esta manera los frenos convierten la fuerza de

movimiento, que es energía cinética, en calor por medio de fricción. El grado de

fricción depende no solamente del tipo de materiales usados, sino también de la

condición de las superficies en contacto.

86

4.1.1.1 Fuerzas de frenaje

Se requieren grandes fuerzas para detener un vehículo ya que tiene que

parar en un intervalo de tiempo mucho más corto del que se requiere para

acelerarlo. Por ejemplo: un vehículo con un motor de 110 HP requiere de unos 60

seg para acelerar a 60 mph (95 km/h). Sin embargo, para parar este vehículo en

seis segundos, los frenos tienen que desarrollar una potencia de 1000 HP. Toda

esta energía se disipa en forma de calor.

El peso y la velocidad del vehículo afectan el frenaje. Si se aumenta al

doble el peso, también aumenta al doble la cantidad de calor que tiene que

disiparse. El efecto de la velocidad es mayor todavía. Si se aumenta al doble la

velocidad, se necesita hasta el cuádruple de fuerza para parar y los frenos

tendrán que disipar el cuádruple de calor.

Cuando se conduce a 20 mph (32Km/h), el vehículo habrá avanzado 38

pies [11.5 m) antes de parar.

El freno de pie debe reducir la velocidad del vehículo cuando sea

necesario, e incluso llegar a detenerlo manteniendo su dirección. Además, el freno

debe ser gradual y actuar sobre las cuatro ruedas.

Hoy en día, los frenos de los automóviles y de muchos camiones son de

funcionamiento hidráulico asistido por un servo. Algunos de los camiones de

mayor tamaño tienen frenos de aire o de funcionamiento neumático. En la figura

4.1 se ofrece un dibujo esquemático de un freno netamente hidráulico

87

—? 5 5 '.!4, I f>ti»l d« frítio 8 Mirn)oer» d< Irtno^ 2 Cilindro mwrtro 9 Crttndro de ru«5a

\\---8 3 Oíposlto d« flOldo 10- P«lanc» de frervo d« m»4 Interroptor dt luí d> p»radt 11 Ciblí y tubo-conducto.5 Conducto di freno 1 ? Fríno d« ruidi d. Conextón do tres vf»s 13 Freno tí» ru*di trsssu7 Soport» do rftangumra d* freno

13

Rgura 4.1 Sistema de frenado hidráulico

Un sistema hidráulico se basa en el principio de Pascal, en el cual, la

relación de fuerzas corresponde a la relación de las áreas de los émbolos, es decir,

sobre la mayor área aparece la fuerza mayor, tal como se muestra en la figura 4.2

L2IF2 i Fl Ll

Figura 4.2 Principio de Pascal

F2AlA2

Rl]

Las carreras .de los émbolos son Inversamente proporcionales a las fuerzas.

Hay un factor muy importante que multiplica la presión del pedal de freno

que es lo que se llama servo-acción. Esta multiplicación de la presión se obtiene

por la ubicación del pasador de anclaje de la zapata de freno más la tendencia

del tambor de freno que gira de arrastrar el forro junto con el mismo como se


Figura 4.3 Servoacción

Esta servo acción puede ampliarse dejando que una zapata empuje

contra la otra, como se indica en la figura 4.4

Una vez analizada la dinámica del sistema de frenado, se puede analizar

mejor el procedimiento. Así, el sistema de freno de un vehículo funciona de la

siguiente manera: la fuerza del pie (fuerza muscular) del conductor que puede ser

89

PASADOR DE ANCLAJE

EL AUTO NlOVfEMOOSS EN AVANCE

Figura 4.4 Ampliación de la servoacción

de hasta 200N (100N para servofrenos), tiene que amplificarse por medio de una

transmisión hidráulica.

Como pedal del freno (fig 4.5) se utiliza una palanca unidireccional, con la

relación de transmisión de 1:4 a 1:5.

Rgura 4.5 Pedal del freno

El freno hidráulico convencional (ver figura 4.6), aplica presión hidráulica a

cada una de las cuatro ruedas, esto último conocido como el sistema único. Por

90

otro lado, se cuenta con un cilindro maestro doble que tiene una parte que

suministra fuerza hidráulica a la ruedas delanteras y la otra a las ruedas traseras.

Fundamentalmente, el funcionamiento es el mismo en ambos sistemas.

TAPA DE FILTRO

fTSORTE DE EMBOLO'

RESPIRADERO

CONJUNTO DE CILINDRO MAESTRO

ORIFICIO DE COMPENSACIÓN

lx ORIFICIO RESPIRADERO

TAZA DE EMBOLOPWMARIA

CONJUNTO DE VÁLVULA'•: DF RETENCIÓN

ARTICULACIÓN' RESORTE DE RETORNODE TAZA

A RTÍCULACION

Figura 4.6 Freno hidráulico convencional

91

En el sistema sencillo ilustrado en la fig 4.6 el cilindro maestro sencillo se

conecta con tubos y tubería flexible a cada uno de los cilindros de rueda. El

cilindro maestro y línea de conexión se llenan con fluido hidráulico especial.

El mecanismo funciona de la siguiente manera: cuando se frena, la varilla

de empuje fuerza al émbolo del cilindro maestro y a la llamada taza primaria

hacia delante de manera que el borde de la taza primaria cubra el orificio de

compensación evitando el escape de fluido. La continuación del movimiento del

émbolo aumenta la presión en el sistema forzándose el fluido por los agujeros en la

válvula de retención y hacia fuera por el sistema a los cilindros de rueda

individuales que a su vez fuerzan las zapatas contra los tambores de freno.

Uno o varios resortes de 150N a 200N de fuerza de tracción realizan la

recuperación de las zapatas para que queden con la separación conveniente

después de frenar. Estos esfuerzos de los resortes tienen que ser vencidas

adicionalmente al frenar pero no deben ser demasiado pequeños, con objeto de

que las zapata se desprendan con toda seguridad.

Al comienzo de un desfrenamiento rápido, el émbolo se mueve más

rápidamente de lo que puede seguirle el fluido al regresar de los cilindros de

rueda y las líneas creándose, momentáneamente un vacío parcial en la cámara

de presión. El fluido suministrado por el orificio respiradero es aspirado entonces

por los agujeros de purga en la cabeza del émbolo pasando la taza primaria para

mantener llena la cámara de presión. Según baja la presión en el cilindro maestro,

los resortes de retorno de zapatas retractan todas las zapatas y las articulaciones

de conexión empujan los cilindros de rueda hacia adentro forzando el retorno del

fluido al cilindro maestro.

92

La presión del fluido que retorna hace que el disco de caucho cierre los

agujeros en la válvula de retención y fuerce dicha válvula fuera de su asiento

contra la tensión del resorte del cilindro maestro. El fluido circula entonces

alrededor de la válvula de retención a la cámara de presión; con el émbolo

dando contra la placa de retenido y el borde de la taza primaria, después de

dejar libre el orificio de compensación. El exceso de fluido que entrara por los

agujeros de purga o que se creara por la expansión debida al calor, regresa

ahora al depósito por el orificio de compensación que está sin cubrir. Cuando la

presión en los cilindros de rueda y en las líneas llega a ser ligeramente menor que

la tensión en el resorte del cilindro maestro, la válvula de retención regresa a su

siento en la tuerca de cabeza para mantener la presión de 8 a 16 Ibs/pulg2 en la

línea y los cilindros.

A continuación en la fig 4.7 se ofrecen detalles de un cilindro de rueda

típico. Nótese las tazas de caucho flexible que proveen el sellaje de los émbolos

de metal. Nótese también el tornillo de purga que facilita la purga del sistema.

CILINDRO RÍI5OKTE-DE RETORNO YCONJUNTO DE COFA DE £.VPAN«S;<>T\

Figura 4.7 Cilindro de rueda típico

93

4.2 Alternativa propuesta

Luego de conocer el funcionamiento general del sistema de frenos de un

vehículo y la forma de accionarlo, se plantea una nueva alternativa para realizar

esta función a través de un sistema electromecánico.

Básicamente se pretende que el sistema realice el desplazamiento del

pedal del freno. Esto se debe a que en los vehículos en general, tanto el pedal

como el sistema de frenos están acoplados de tal forma de que no existe un

medio por el cual se tenga fácil acceso al sistema mencionado. Además, resultaría

inseguro y riesgoso para el conductor, el que se trate de ¡mplementar otro sistema

de frenado, o el realizar algún tipo de adaptación al ya existente.

El desplazamiento del pedal se realiza a través de un motor eléctrico, al

cual se le ha acoplado un cable de acero, en donde el un extremo se sujeta al

pedal mientras que el otro se sujeta al eje del motor. El giro del motor tensará el

cable provocando con ello el movimiento del pedal, para accionar de esta

manera el sistema de frenos del vehículo.

Es importante mencionar que el motor utilizado posee el torque necesario

para vencer la inercia del pedal y mantener fijo su eje cuando este no se

encuentra alimentado. Por otro lado, el control de la posición del pedal se realiza

a través de un microcontrolador.

Además, se plantea dividir el rango de desplazamiento del pedal del freno

en un cierto número de posiciones pues en la práctica esta acción se realiza

gradualmente y no necesita ser continua, lo que facilita el desarrollo del programa

de control.

94

Ya que se actúa directamente en el pedal del freno, el dispositivo

propuesto es muy general, adaptable a cualquier vehículo estándar

independientemente del sistema de frenado que utilice.

4.3 Diseño y construcción del sistema de control del freno

El sistema tiene como objetivo controlar la acción del freno de un

automóvil utilizando un control electromecánico. Se tiene que sus principales

partes son:

1. El sistema mecánico.


3. El programa de control.

A continuación se muestra en la figura 4.8 un diagrama del sistema de

control del freno :

Botón demando Pedal del

freno

J •«- SensorOplico

Lectura deposición

Rgura 4.8 Diagrama de bloques del sistema de control

95

4.3.T Diseño del sistema mecánico

Los elementos mecánicos que a continuación se mencionan forman parte

de un módulo cuya finalidad es representar el funcionamiento del sistema de

frenos hidráulico, de un vehículo real:

• Base metálica para ensamblaje de 35 cm de ancho por 50cm de largo.

• Un pedal.

• Una bomba hidráulica con su cilindro principal y un cilindro de rueda.

• Tubería de cobre para conducir el fluido hidráulico hacia el cilindro de rueda.

• Soportes para el pedal y bomba hidráulica.

• Dos platinas de hierro de 2.5 cm de ancho y 10 cm de largo cuya forma es

similar a las zapatas del sistema de freno de un vehículo.

• Un resorte recuperador.

• Un motor DC.

• Un eje auxiliar de hierro para el motor de 1 cm de diámetro y 6 cm de largo.

• Cable de acero semejante al usado en el acelerador.

• Un soporte metálico para acoplar al eje de 4cm de largo .

A continuación se describen los pasos para el ensamblaje del módulo y su

funcionamiento:

1.- Se ubican los soportes tanto para el pedal como para la bomba hidráulica y se

sujetan fuertemente a la base metálica mediante pernos.

2.- El pedal se acopla entre los soportes verticales a través de un eje para que

pueda girar libremente.

96

3.- La bomba hidráulica también se sujeta fuertemente a la base del módulo por

medio de sus soportes y pernos, además está ubicada de tal manera que se

accione cuando se presiona el pedal.

4.- Se colocan el cilindro de rueda, el resorte recuperador y las platinas de hierro,

dispuestas de tal manera que se asemejan a la acción del sistema de freno.

5.- Se conecta la cañería de cobre tanto al cilindro principal de la bomba como

al cilindro de rueda para transmitir la presión del fluido hidráulico.

5.- Se sujeta el soporte al eje auxiliar y éste a su vez al eje del motor por medio de

pasadores roscados para evitar deslizamientos entre las partes cuando el motor

gire.

6.- Adicionalmente el pedal cuenta con un perno en la parte inferior al cual se le

ha realizado un orificio del diámetro del cable de acero que sirve de soporte

de él y que facilita tanto la sujeción como la tensión del cable.

En la figura 4.9 se puede apreciar el módulo mecánico y sus partes

constitutivas

El sistema funciona de la siguiente manera: el giro del motor tensa el cable

de acero sujeto tanto en el soporte del eje como en el soporte del pedal, por lo

cual se presiona el vastago del cilindro principal de la bomba hudráulica

produciendo la acción de frenado que se describió en la parte introductoria del

presente capítulo.

97

Figura 4.9 Módulo mecánico para simular el sistema de frenos

Para el caso de un vehículo real, los elementos necesarios para conseguir

el movimiento del pedal serían: el motor DC, el cable de acero, el soporte tanto

del eje como del pedal para sujetar el cable. Por la manera como se acciona el

sistema mecánico, es factible que el desplazamiento del pedal del freno pueda

realizarse a través del sistema electromecánico, o haciendo uso del pie para el

caso de una persona sin discapacidad.

4.3.2 Diseño del sistema de control electrónico

- Básicamente se encuentra conformado por dos circuitos :

oc

- Circuito de control, y

- Circuito de potencia


Como se indicó en el capítulo II, el sistema de control del acelerador y

freno es operado por un solo microcontrolador 8751, por tanto la tarjeta MCPD51

y circuitos adicionales forman parte principal del presente circuito y las funciones

que cumplen son:

1.- Leer la señal análoga (O a 5V) enviada por el botón de mando del freno.

2.- Digitalizar esta señal, procesarla y enviar señales de control de O ó 5 V al

circuito de potencia para ubicar el eje del motor en determinadas posiciones.

3.- Proporcionar al usuario, de manera indirecta, la información de la posición en

la que se encuentra el pedal del freno a través de una barra de leds.

4.-Verificar la ubicación del eje del motor por medio de un decodificador óptico y

realizar las correcciones debidas

5- Retomar el control del sistema si por alguna causa este se pierde usando

señales de fin de carrera.

99

La figura 4.10 muestra el diagrama de bloques del circuito de control:

Microcontrolador

~H Habilitación

Amplificador decorriente

Amplificador decorriente

Indicadores luminosos deposición

Pulsos deposición

Circuito auxiliar pararetomar el control

Figura 4.10 Diagrama de bloques del circuito de control

Seguidamente se presentan los diseños de cada uno de los circuitos que lo

conforman.

4.3.2.1.1 Diseño del botón de mando

Se utiliza un botón de mando con las mismas caracaterísticas eléctricas y

mecánicas que el empleado para el control del acelerador en el capítulo III

numeral 3.3.2.2.1. Ver figura 4.11

100

7 .5 cm

2 cía

2CB.

i

Figura 4.11 Botón de mando para el freno

4.3.2.1.2 Acondicionamiento de señal del botón de mando

El circuito acondicionador para el botón de mando es el mismo que el

utilizado para el caso del acelerador, cuyo diagrama se muestra en la figura 4.12

Salida delfiltro EC

VOLTPlGE REIGULftTOR R A±- uunv

VI G VOND

_l*~~ ^ C

•c<<

>HH>

i —

Botón demando P

Donde :

Al conversor ÁDC

Figura 4.12 Circuito para e! botón de mando

R= 680Q

101

C=0.1jiF

Se debe mencionar que el cable utilizado para conectar los botones de

mando tanto del acelerador como del freno hacia el conversar análogo-digital,

es del tipo blindado; esto se hizo con el fin de evitar la presencia de señales de

ruido las cuales introducirían datos erróneos en el conversar que a su vez se

reflejarían en la activación indebida del circuito de potencia.

Como el mismo microcontrolador se encarga del control del acelerador,

freno, y la tarjeta MCPD51 cuenta sólo con un conversar análogo-digital, fue

necesario implementar otro conversar con su circuitería adicional, similar a Ja

existente en la tarjeta mencionada, tal como se muestra en la figura 4.13.

Entrada de señal

<DB<DT~

<D3<D4<D5<D6

IHABIl_ITfiCION>

V Ql

DB0DB1DBSDBSDB4DB5DBGDB7

CSRDWRINTR

':!T->-

CLKR

CUK<

UREF

ftGND

~^=]

|-=•

<flLE

— TPIDC0804 -=í~ ~

Ineset > -^=

Figura 4.13 Circuito para el conversar A/D del freno

En donde :

R1=2.7KQ

102

Ql es el ECG2222A

El microcontrolador maneja al conversar análogo-digital A/D del freno

como una localidad de memoria externa, y la dirección que utiliza es la OOOOH.

4.3.2.1.3 Acondicionamiento de las señales de control para el circuito de

potencia

La manipulación del botón de mando provoca que el microcontrolador

genere señales de control para habilitar el circuito de potencia, de acuerdo a la

posición en la que se encuentre dicho botón. Las señales de control del circuito

de potencia, para el caso del freno, se envían por los pines P1.2 y P1.3 con la

lógica que se indica en la tabla 4.1.

FRENAR

P1.2

P1.3

DESFRENAR

P1.2

P1.3

SEÑAL EN LOS PINES

1L

OL

SEÑAL EN LOS PINES

OL

1L

Tabla 4.1 Combinación de señales en P1.2 y P1.3 para frenar y desfrenar el

automóvil

Debido a la limitada capacidad de corriente de los pines del micro como

para p

oder manejar directamente el circuito de habilitación de los transistores de

potencia, fue necesario utilizar el manejador de comente 74LS244, además de

optoaisladores para desacoplar el circuito de control con el potencia,

obteniéndose el circuito de la figura 4.14 que es semejante al de la figura 3.19 del

capítulo III..

icrocontrolE

P1.2

P1.3

Aildor de

H-T

nplificadorcorriente

NL>ISIX

>^ ^

K

Optoaislador

Optoaislador

Habilitación delcircuito de potencia


Figura 4.14 Diagrama del circuito acondicionador de las señales de habilitación

del circuito de potencia

El valor de las resistencias para los ánodos del optoaislador, se calcula a

partir de la figura 3.20 del numeral 3.3.2.2.3. Por lo tanto se tiene:

Vout 74244 - VAK

L^

Se asume IAK = 30mA

5-1 V— —30 mA

= 133.3Q

Por lo tanto, se escoee R = 130Í2

[4.2]

104

El circuito cuenta también con una compuerta AND para controlar la

habilitación del manejador de comente 74LS244 cuando se tiene un 1L

simultáneamente tanto en P1.2 como en P1.3, y de esta manera evitar el que se

produzca un cortocircuito en la fuente, especialmente cuando se reinicializa el

microcontrolador.

En la figura 4.15 se puede apreciar el circuito de habilitación de las señales

de control del circuito de potencia.

74LS244

Señalesde control

Señalesde control

74LS244

Figura 4.15 Diagrama del circuito para evitar el cortocircuito de la batería


El circuito para el encendido de los leds de acuerdo a la posición que

alcance el pedal del freno forma parte de la tarjeta MCPD51, por lo que a

105

continuación se muestra sólo el diagrama de bloques del circuito en la figura 4.16.

LATCHBarra de

resistencias

8751

Bus dedatos

.AA/V

Barra de leds

O

oo0

Figura 4.16 Diagrama de bloques del circuito que muestran la posición del pedal

4.3.2.1.5 Diseño del circuito que permite retomar el control

El circuito para retomar el control tiene como misión la de proporcionar al

microcontrolador una señal apropiada de alerta en el caso de que se pierda el

control por alguna circunstancia, para luego retomar inmediatamente el control

del sistema.

Para ello, se utilizan dos interruptores de fin de carrera, un normalmente

cerrado y otro normalmente abierto, en las posiciones inicial y final del rango de

operación del pedal del freno, como se indica en la figura 4.17.

106

Pedal del freno

NCNO


A los finales de carrera es necesario anexarles un circuito eliminador de

rebotes, además el fin de carrera NC requiere el circuito de la figura 3.25a ya que

dicho elemento también se utiliza en el sistema de emergencia (capítulo VI). Los

circuitos mencionados son los mismos que se hallan diseñados en el numeral

3.3.2.2.5, razón por la cual, no es necesario repetir el desarrollo del diseño de tales

circuitos .

Con ayuda de los circuitos antes referidos, se logra acondicionar la señal

para que se genere la interrupción externa O (INTO) cuando se presione uno de los

finales de carrera acoplados al pedal del freno. Ya que la interrupción INTO sólo

maneja los finales de carrera del freno, no es necesario el circuito generador de

pulso.

En la figura 4.18 sólo se muestra el diagrama del circuito eliminador de

rebotes

107

vcc

circuitoacond i c i on adorde señal

A LA INTERRUPCIÓN EXTERNAO DEL MICROCONTROLADOR

R

LJ

* C "74HC14

PND

74HC14


Los valores de R y C son :

R = 56KH

C=luF

Cuando se produce la interrupción INTO, el microcontrolador debe

identificar cuál interruptor de fin de carrera de los sistemas de aceleración y freno

la está produciendo con el fin de retomar el control. Esto se consigue tomando los

datos que ingresan a la compuerta AND del circuito eliminador de rebotes [ver

figura 4.18) e ingresándolos al mismo circuito integrado 74LS244 de la tarjeta

MCPD51 (U7) que es utilizado también por el control del acelerador.

Inmediatamente esta información es leída por el microcontrolador para

reconocer cuál final de carrera se accionó.

El circuito es el que se indica en la figura 4.19 :

108

Acelerador


DPfTOl .

fiNI

DftTOS

INT-EXT1 >


Freno



>


Como se puede observar al manejador de corriente ingresa la información

del estado de los interruptores de fin de carrera tanto del sistema de control del

acelerador como del sistema de control del freno pues como se ha indicado, un

solo microcontrolador controla los dos sistemas.

4.3.2.1.6 Diseño del circuito de realimentación. Pulsos de posición


información digital de la posición del pedal del freno, y en base a ella realiza el

procesamiento adecuado, a través del programa de control.

La lectura de la posición se realiza utilizando un optoacoplador

conjuntamente con una tarjeta dentada [ver figura 4.20) para permitir o no el

paso de la luz infrarroja IR generada por el diodo emisor IR del optoacoplador

109

hacia el fototransisfor IR, consiguiéndose de esta manera pulsos de O ó 5V.

Tarjeta dentada

Sensor Óptico

Figura 4.20 Sensor óptico y tarjeta dentada

La tarjeta dentada se encuentra ubicada en el extremo que une el

vastago del cilindro principal de la bomba hidráulica y el pedal del freno, debido

a que se tiene un desplazamiento lineal facilitando la lectura de la posición. Los

pulsos que resultan de la interacción entre el sensor óptico y la tarjeta no

describen flancos bien definidos, por lo cual se utilizó un inversor SchmittTrigger.

Sin embargo, en el capítulo III sección 3.3.2.2.5 se indicó que la interrupción

1 (INT1) maneja tres señales distintas a través de una compuerta AND, por lo cual

es necesario invertir nuevamente la señal con otro inversor, obteniéndose el

circuito de la figura 4.21, el cual es semejante al de la figura 3.30.

vcc

vccft LP INTERRUPCIÓN

EXTERNA 1

74HC14

Sensor Óptico

Figura 4.21 Circuito de realimentación para el freno

110

Donde :

R2= 4.7KQ

Como parte de la alternativa planteada (sección 4.2) se indicó que el

desplazamiento del pedal se realiza por intervalos, y se ha considerado que el

número de intervalos debe ser cuatro, por lo cual la tarjeta tiene este número de

ranuras para el envío de los pulsos de acuerdo a la posición que alcance el

pedal, tal como se muestra en la figura 4.20.


El circuito de potencia debe satisfacer la demanda de voltaje y corriente

del motor DC y permitir la inversión de giro de un sentido al otro de manera

rápida.

4.3.2.2.1 Dimensíonamiento del motor DC

Tomando como datos referenciales :

Una fuerza en el pedal del freno de 150N

Un recorrido aproximadamente lineal de 4 cm y

Un tiempo de desplazamiento total de 0.25 s

Considerando un movimiento lineal en el extremo inferior del pedal se tiene

las siguientes relaciones :

111

e = Vot + — at2 [4.3]

Considerando Vo = O, se tiene

2e

2 (0.04) m

Vf = Vo + at [4.5]

, , mVf = a t = 1.28(0.25) = 0.32 —

Donde Vfes la velocidad lineal de desplazamiento del cable

VfWM = — [4.6]

IM

WM es la velocidad angular que debe tener el motor DC

rtvt es el radio del eje del motor

00 cm/ j32 /e radWM = — — -^=128 - = 1222RPM

0.25 cm s

El torque al eje del motor es:

Teje = F * TM [4.7]

Teje = 150 N 0.0025 m = 0.375 Nm

La potencia requerida esta dada por:

PM=TejeWM [4.8]

radPM = 0.5 Nm 128 - = 48W

s

Para el accionamiento del sistema de freno se utiliza un motor DC de

similares características al empleado en el sistema de aceleración, el cual tiene

112

una WM =45 RPM.

A partir de la ecuación [4.18], se tiene entonces que el torque del motor

debe ser:

P 48 WT =

WM 4.71 rad/• = 10.1Nm

De las características del motor DC anteriormente citadas se ti ene que satisface

el requerimiento de torque.

Seguidamente se procede a dimensionar el radio que debe tener el soporte del eje del motor

JL — P Tsoporte del eje

T 10.1 Nm

[4.9]

_Tsoporte — =

F 150 N

Puente de inversión de giro

Se utiliza la misma configuración del circuito de potencia del sistema de

control del acelerador, como se muestra en la figura 4.22.

Rl


113

Se tiene como datos los siguientes parámetros :

Voltaje =12VDC

Corriente del motor IM

Donde se tiene:

PM 48T.. = . . _ 5 a A = TV,

VBAT - 2 VcESATQ! 12-2(1.5) '

Se considera una comente de 2 veces la IM para el dimensionamiento de

los transistores, debido al arranque del motor obteniéndose una corriente de 10A.

Se elige el transistor TIP33 de Motorola cuyo reemplazo es el ECG 390; sus

características están en el anexo A.


una comente de 250 mA.

114

Ib<32

ICQSIbgs > —— Para garantizar la saturación del transistor

Se elige Q8 el transistor ECG 123A cuyo/? característico es de 100

ICQS 250 mA

Ibqs — Icqi2

A partir de la figura 4.22 se tiene:

VCEQ4 - VBEQ4 '- VflEQS - VcESATQ12Rl =

ICQ12

1.5 - 0.7-0.6-0.02 VRl = - — = 14.40

12.5 mA

Por lo tanto se elige el valor de Rl = 15Í2

4.3.2.2.3 Protecciones

Para el dimensionamiento del fusible se considera un factor de l.Sveces la

IM, por lo tanto la capacidad de comente que debe soportar es de:

liusibie=1.5xln= 8A.



conmutación. Se dimensionan para la corriente nominal lM=5.3A

115

Por lo tanto, se elige el diodo ECG 1N4934

4.3.2.3 Programa de control del acelerador y freno

El programa de control consta básicamente de tres partes: INICIAL1ZACION,

PROGRAMA PRINCIPAL, INTERRUPCIONES Y SUBRUTINAS.

En el flujograma 4.1 se muestra el diagrama de flujo correspondiente a la

inicialización.

El bloque correspondiente a la inicialización se ejecuta siempre que se

reinicialice el microcontrolador lo cual ocurre al encender el equipo, al producir

un reseteo manual o debido a un reseteo del watch dog timer.

En la tabla 4.2 se muestran los valores que toman algunos registros después

de un reseteo o reinicialización:

Registro

ACC

DPTR

PC

SP

IE

TMOD

TCON

Valor

00 H

OOH

OOOOH

07H

OXXOOOOOB

OOH

OOH

Tabla 4.2 Valores que toman los registros luego de una reinicialización

116

INICIALIZACIQN

DEFINICIÓN DE ETIQUETASY DIRECCIONES

DESHABIUTACION DE LOSCIRCUITOS DE POTENCIA

HABILITACIÓN Y CONFIGURACIÓNDE LAS INTERRUPCIONES

/ \T \I

\L /

N<

SALTO AL PROGRÁyAPRINCIPAL

LA PALANCA DEL CARBURADORDEBE RETORNAR COMPLETAMENTE

EL PEDAL DEL FRENODEBE RETORNAR COMPLETAMENTE

LIMPIAR LOS REGISTROS DONDESE ALMACENAN LOS DATOS

FLUJOGPAMA 4.1

Al producirse un reseteo es importante que el microcontrolador distinga

entre el reset manual y el reset del WDT, ya que en el primer caso se enceran o

limpian las localidades de memoria en las cuales se almacenan los datos como:

información de la posición de la palanca del carburador y del pedal del freno, el

número de leds que se encuentran encendidos de acuerdo a la posición

alcanzada en los sistemas, banderas que se activan de acuerdo al sentido de giro

del motor, mientras que el reset del WDT permite reinicializar el microcontrolador.

El enceramiento de las localidades se realiza ya que, si en alguna de estas

localidades se carga con un dato aleatorio, cosa que puede ocurrir

principalmente al encender el equipo, el micro realizará tareas erróneas. Se debe

indicar que cualquiera que sea el tipo de reseto es necesario siempre configurar

los registros que se utilicen como son las interrupciones.

En el flujograma 4.2 se muestra el diagrama de flujo correspondiente al

programa principal.

El programa principal realiza las siguientes funciones:

Como primer paso se activa una bandera que indica el inicio del

programa principal, para posteriormente habilitar el circuito del WDT. Luego se

procede a leer el dato del conversar A/D del acelerador (localidad 6000H).

Con el dato leído en el programa se discriminan aquellas lecturas que se

deban a pequeñas variaciones en el potenciómetro que se uitliza como botón de

mando. Si el dato es válido se calcula una nueva señal de referencia en base a la

cual se desplazará el motor en cualquiera de los dos sentidos de giro.

118

PROGRAMACIÓN1NICÍAL

:íi 1*1

I HABÍLli

i

i

~I

'ACIÓN DELWDT

LECTURA DEL CONVERSORA/D DEL ACELERADOR

/ES UN'/ DATO -fv\E CALCULA LA

SEÑAL DE REFERENCIA

i

/tAMB!ü>\A /

\/

¿ GIRO N0

OTOR EN\O +/

,-' EíiAL DE

\PUAL A SEÑAL DE/'\. /

\/

A/ \\L A ES-JAL DE .

"• FZFERAt-iCR /-..

_" "'

1DESHABUJTACION DEL WDTHABÍ LITACIÓN DEL WDT

I

LECTURA DEL CONVERSORA/D DEL FRENO

í\O_

/ES UN\' DATO "-•

x. VALÍ DO? /--.

SE CALCULA LASEÑAL DE REFERENCIA

NO lA SEÑAL DE\A /

C b

/GIRO\NO

/EL MOTOR EN>\SENT1DO

/\Q /

DE\E

REFER

Si^—

( F I N )

NO

XÍENAL DE

A SENM. DE /

FLUJOBRA^W. 4.2

Como ya se indicó, el desplazamiento de la palanca del carburador se

dividió en 8 intervalos diferentes con el fin de facilitar el algoritmo del programa de

control. El conversar A/D puede entregar 256 lecturas diferentes, por lo tanto, si se

requieren de 8 intervalos se tiene que cada uno de ellos debe tener 32 lecturas

diferentes.

Los intervalos son los siguientes:

INTERVALO

12345678

VALORES

OOH-1FH20H-3FH40H - 5FH60H - 7FH80H-9FHAOH - BFHCOH - DFHEOH - FFH

Tabla 4.3 Intervalos del acelerador

La división de los 256 valores en 8 intervalos se consigue con rotaciones

hacia la derecha del dato leído. Con cada rotación se divide el dato para dos,

por lo tanto para conseguir los 8 intervalos es necesario realizar 4 rotaciones, con

este dato se procede a comparar con la lectura anterior para establecer si hubo

un cambio de intervalo, y si es el caso se calcula la nueva señal de referencia

como la diferencia entre el nuevo dato obtenido y el dato de la lectura anterior, y

en base a este resultado el programa establece si el motor debe girar en un

sentido o en el otro.

121

Una vez que se determina el sentido de giro se habilita el circuito de

potencia y se espera por los pulsos de realimentación, cuyo número debe

igualarse con la señal de referencia. Dichos pulsos se reciben a través del pin de la

interrupción 1 (INT1).

Luego que el microcontrolador ha realizado las tareas correspondientes al

acelerador, procede a leer los datos correspondientes al freno, cuyas tareas son

semejantes a las anteriormente mencionadas, y los intervalos en los que se halla

dividido el rango de lecturas del conversar análogo-digital son:

INTERVALO

12345

VALORES

OOH-3FH40H - 7FH80H - BFHCOH - DFHEOH - FFH

Tabla 4.4 Intervalos para el freno

La interrupción 1 está encargada de recibir los pulsos de realimentación

para el control el acelerador y freno así como las señal de los finales de carrera

del acelerador. Entonces, cuando se genera la interrupción, primero procede a

identificar el origen de la misma. Si es provocada por los pulsos de realimentación

compara con la señal de referencia, en el caso de ser iguales detiene el motor,

caso contrario espera por el siguiente pulso.

Aquí se debe mencionar un punto importante. Debido a la inercia que

posee el motor utilizado tanto para la aceleración como para el freno del

vehículo, se producen sobreimpulsos en la respuesta de la posición hasta alcanzar

122

la posición deseada. Por ello, se implemento un freno con inversión de giro para

de esta manera conseguir la posición deseada en el menor tiempo posible.

Por otro lado, si la interrupción se genera desde uno de los finales de

carrera, se debe identificar cuál es el presionado para ordenar la deshabilitación

del circuito de potencia. En el flujograma 4.3 se muestra el diagrama de flujo

correspondiente a la interrupción 1.

La interrupción O (INTO) se encarga del control de los finales de carrera del

freno, cuyo diagrama de flujo está en el flujograma 4.4.

Las subrutinas que forman parte del programa están básicamente para

generar los retardos de tiempo necesarios para la aplicación del freno de giro del

motor DC.

123

f ESTER 1 }_,-'

LEER LOS EATQ3 QUE ENVÍANLOÓ FWALE3 DE CARRERA

CtL ACELEfiAÜOR

1.

.-'"FRE5Í0HAOÜ--.. :AL0JM FÍHAL DE '--" "e)

NíA--- np CURTÍ i'4-í'--- ~l .----'P-lLaüS tu"---.. s¡

Lt tíirv»-1 v?v — — ' -1.-..IV1 i. t ft ¿.»-Ufi! —-FIARA EL >-^<]iAiAL A L*. íQíAL .'•---jjCELERADOR,.,-

NO.

-• PLISES ES'--..A LA. SEHAL

---PE EFEO-SSA ----"

-- DE<-

"

DE SRÜJ» "--.. S!'ARA

MO

.,----...----- PULSOS ES'----

1SJAL A LA ÍSÍAL"'

NO - DE ano {-)PARA EL '

^FREHQ^

EL SRO (•+)ffiL MOTOR

SE APLICA EL FREHQAL mm.

2E ülüraií. EL OÍ.TQ

COftRESf-Offi:©!TEA LA POSdDH

DESHABiLITARC€LÍ

EL S1RO?R

í— }

5E APLICA EL FKEHO/L MOTOR

SE GUíraft EL DATOCORRESPONDIENTE

A LA PQ3BIDN

DESHiBILITAJí EL 3ÍRJÜ (•+}DEL MOTOR DEL FREHü

5E AFLEA EL FREHO/l MOTOR

5E OUAKEft EL DATOCORRESPOMPiEHTE

A LA POSK3DH

"ELPULSOS E£f--

A5¡

DE5HAB1UTAP. EL GiRO {-}DEL HOTOS DEL FKEHO

DE5HABIUTAR EL fflRO i'-")DEL «OTOR DEL FRB-iO

NO

EHCEHDER LOS LED5

R E T ¡

SE eUlRüA EL DATOCORRE5POH0EHTE A LA

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DEL Sü'CTOR DEL FRB-B

5E APLiCA EL FREHOAL MOTOR

QE5R¿aLíT.lJÍ EL SRÜ (+)DEL MDTDR QEU FREHO

5E AF1IG.¿. EL FRENO/•I MOTCft

5E G4RQA EL RECiSIROOORRESPOKDÍEHTE

A IA F*0SiC!Ot-i

1

SE ff'fStü LOSLEOS DE PD2OOH

.

2£ GÍBÜÍ. EL RE2ETKÜCÜRRESPQM3IB-JTE

Ik LA POSiCIOH

i

SE Q«Ef-!£í£H LOSiFrr^ DE poacuw

B r T 1 í

ÁyA 4,4

CAPITULO V

CONTROL DEL EMBRAGUE

5.1 Introducción

El embrague es un sistema mecánico cuya finalidad es transmitir el

momento de giro del motor al mecanismo de cambio de velocidades y es

necesario para la puesta en marcha del vehículo.

Este sistema de embrague se encuentra en todos los vehículos por ello, fue

necesario tener un conocimiento básico de su estructura y funcionamiento para

establecer por ejemplo el lugar más apropiado y realizar el accionamiento de este

sistema. A continuación se presenta una breve explicación del sistema de

embrague.

5.1.1 Principio de funcionamiento del sistema de embrague

El sistema de embrague es un dispositivo mecánico cuyo funcionamiento

se basa principalmente en la fricción entre dos cuerpos para aplicar una fuerza

impulsora a un miembro impulsado.

Los principales tipos de embrague con los que puede contar un vehículo

son:

1. Embragues de fricción

127

2. Embragues de membrana

5.1.1.1 Embragues de fricción

En los vehículos con cambio de velocidades accionado a mano se

emplean embragues de fricción, y según sea el número de los discos de

embrague se tienen: embragues de un solo disco, de dos discos y embragues de

discos múltiples funcionando en seco o en aceite.

El embrague de disco sencillo se usa exclusivamente en los automóviles de

pasajeros. El embrague de dos platos se usa en los automóviles de alto

rendimiento y el de discos múltiples se usa en algunos camiones.

El embrague de un solo disco consta de tres partes principales: tapa, disco

del embrague y mecanismo de desembrague como se aprecian en las siguientes

figuras 5.1a ; 5.Ib y 5.1 c.

5.1a

128

Volint» dei motor

Gu»rnición o forrodal «mbragu» —•

D(*co de embrague

Cubo a»

Plací d« pretiándal

Árbol úe embrague--....

Soporte da su!» —del embrague

Soport* d* fítroceto o deaem-ador con anillo d& grafito

d«

Árbol de dctembraQua

Tspi dal «mbragu*

futían*» dal arnbraou*{6 i 12 rmicrtai distribuido»en 11 periferia}

5.1 b

Cojinete dedesembrague

Manguito

TAPA

Tuercas de pernos deDial

DISCO

PASADOR

PtWNODEOJAL

PALANCA DE DESEMBRAGUE

TIRANTE

RESORTE OE PALANCA DE DESEMBRAGUE1 X

5.1 c

Figura 5.1 Embrague de un solo disco

129

La tapa del embrague puede ser de hierro fundido maleable o de plancha

de acero. A ella van aplicadas'tanto la placa como la palanca de desembrague,

además de la placa de presión y, según sea el tipo de embrague, se tiene un

resorte de presión central o de 6 a 12 resortes dispuestos en la periferia de la placa

de presión.

A continuación se describe el funcionamiento del embrague de fricción de

un solo disco; sin embargo, se debe indicar que el funcionamiento de los otro tipos

de embrague de fricción es semejante.

5.1.1.1.1 Embrague cuando se halla acoplado

Los resortes aprietan la placa de presión del embrague contra el disco, tal

como se indica en la figura 5.2.

Figura 5.2 Embrague acoplado

130

Como el disco puede desplazarse axialmente sobre el árbol de

accionamiento, la placa de presión lo aprieta contra la superficie de rozamiento

del volante del motor. De esta manera, el volante queda acoplado, por la acción

de las fuerzas de rozamiento, con el árbol de accionamiento de la caja de

cambios a través del disco del embrague. Como el volante y la tapa del

embrague están atornillados entre sí y la placa de presión del embrague está

unida a la tapa por medio de unos tetones de arrastre, el disco del embrague es

accionado tanto por el volante como por la placa de presión del embrague.

Los embragues deben disponerse de modo que el momento de giro que

puedan transmitir sea entre el 50 y 100% mayor que el máximo momento de giro

producido por el motor.

5.1.1.1.2 Embrague cuando se halla desacoplado

Para la explicación se utiliza la figura 5.3.

Juego deseparación

Figura 5.3 Embrague desacoplado

131

Al accionar el pedal de embrague, el cojinete de desembrague se

aprieta contra la placa que acciona la palanca de desembrague. Esta palanca

levanta ahora la placa de presión del embrague venciendo la fuerza de apriete

de los resortes y la separa del disco del embrague. De este modo éste se

desprende de la superficie de fricción del volante y queda libre entre éste y la

placa de presión. La transmisión de fuerzas queda interrumpida. Si se suelta de

nuevo el pedal de embrague, éste vuelve a acoplarse. El pedal y el cojinete de

desembrague vuelven a su posición inicial por la acción de un fuerte resorte de

retroceso.

5.1.1.1.3 Juego de separación

Se denomina así a la distancia entre las dos superficies de guarnición del

embrague con la superficie del volante y con la superficie de la placa de presión

del embrague cuando están desembragadas. La distancia entre la superficie del

volante y la guarnición orientada hacia él es de 0.3 a 0.5mm. Como la distancia

entre la superficie de fricción de la placa de presión del embrague y la cara de

guarnición orientada hacia ella tienen la misma magnitud, el juego de separación

resulta tener, en total, de 0.6 a Imrn.

El único ajuste que se hace en el embrague es en el juego del pedal, es

decir, la distancia a que se mueve el pedal antes de que empiece a comprimir los

resortes. En general, el juego libre es de aproximadamente 2.54cm [1 pulg) como

se indica en la figura 5.4. Sin dicho juego habría una presión en el cojinete de

desembrague y una tendencia del embrague a resbalar, tal condición ocasionará

un desgaste rápido de los cojinetes de desembrague y los revestimientos del

embrague

132

Tope

é

("omitió d» correcciónTupí para «I pednl dn «mbrague

Figura 5.4 Juego libre del embrague

5.1.1.2 Embrague de resorte de membrana.

Este tipo de embrague lleva el denominado resorte de membrana que

realiza las funciones de la palanca de desembrague y del resorte de presión del

embrague. El resorte de membrana es un resorte en forma de plato o de disco

provisto de ranuras radiales, tal como se muestra en la figura 5.5.

133

Figura 5.5 Embrague de resorte de membrana

Este tipo de embrague tiene la ventaja esencial de que su efecto de

acoplamiento es más suave, y puede ser de dos clases: de desembrague por

presión y de desembrague por tracción.

5.1.2 El pedal del embrague

5.1.2.1 Fuerza del pedal

En la siguiente figura 5.6 se puede observar la fuerza necesaria en el pedal

tanto para el embrague de fricción como para el de membrana.

134

Embrague conds presión

O Recorrido deJ pedal- — ~-

Figura 5.6 Fuerza necesaria en el pedal

Como se observa, la fuerza necesaria en el pedal del embrague es máxima

poco antes de comenzar el desembrague porque el resorte de membrana tiene

su máxima tensión cuando está plano. A la mitad de la carrera de desembrague,

la fuerza del pedal es de unos 130N, y cuando está del todo desembragado de

110N.

La línea de trazos señala los valores de fuerza en el pedal de un embrague

de fricción. En este caso, la fuerza que se ha de aplicar al pedal es mayor y

aumenta al aumentar la acción de desembrague.

Se debe aclarar que la fuerza necesaria para desembragar directamente

en la palanca es de aproximadamente 1.5 y 2 veces la fuerza que se requiere en

el pedal para los dos tipos de embrague.

5.1.2.2 Accionamiento mecánico del pedal del embrague

La fuerza del pie se transmite a la palanca de desembrague a través del

pedal de embrague, haciéndose uso ya sea de un conjunto de varillas o a través

135

Cilindro emisor

Varilla cto presión

Cilindro receptor

Tubo flexible Resorte derecuperación

Figura 5.8 Accionamiento hidráulico del embrague

5.2 Alternativa propuesta.

Analizado el funcionamiento del embrague, así como la manera de

accionarlo sea esta por medio de cable, sistema de varilla, o a través de un

sistema hidráulico, se decidió realizar un sistema operable electrónicamente,

como otra alternativa para conseguir el accionamiento del embrague.

Se decide actuar sobre la palanca de desembrague por las siguientes

razones :

137

1.- Se requiere implementar un sistema general, aplicable a cualquier vehículo sin

importar el tipo de embrague y accionamiento con el que éste disponga

2.- El rango de desplazamiento de esta palanca es mucho menor que en el pedal

del mismo sistema, facilitando de esta manera una mayor rapidez en el control.

3.- Si se aplica el control directamente en el pedal del embrague como en el caso

del sistema de freno, se necesitaría de un motor de caracteerísticas mecánicas

especiales en su sistema de engranajes capaz de mantener la posición del pedal

cuando este se encuentra sin energía debido a la gran fuerza que se debe aplicar

(200N).

Por lo tanto se decide realizar el control electrónico en base a un

mecanismo de acción hidráulica sobre la palanca de desembrague con la

utilización de un motor de DC, permitiendo de esta manera realizar un efectivo

control de posicionamiento como se observa en la figura 5.9.

Motor DCBomba hidráulica

Cilindro receptor

Palanca de desembrague

Figura 5.9 Sistema de control de embrague

138

5.3 Diseno y construcción del sistema de control del embrague

En resumen el objetivo del sistema es controlar la función del embrague en

un automóvil utilizando un control electrónico. El sistema está constituido de las

siguientes partes :

1. El sistema mecánico.


3. El programa de control

En la figura 5.10 se presenta un diagrama del sistema de control del

embrague

Botón decontrol

Circuito decontrol

Actuador

A.Circuito de / \ ^ i |Potencia r\

^Realimentación

Sistemahidráulico

(

^^^^

i Eje

Palanca deembrague

Sensor/ Óptico

1

Pulsos deposición

Figura 5.10 Diagrama del sistema de control del embrague

139

5.3.1 Diseño del sistema mecánico

Los elementos mecánicos que a continuación se describen forman parte

de un módulo cuya finalidad es simular el funcionamiento del sistema de

embrague de un vehículo.

El módulo mecánico consta de los siguientes elementos :

• Una base para el ensamblaje de todas las partes mecánicas de 45cm de largo

porSOcm de ancho.

• Un motor DC.

• Un sistema de propulsión de arranque denominado sistema "Bendix".

• Un sistema hidráulico compuesto por un cilindro principal y un cilindro receptor.

• Tubería de cobre para conducir el fluido hidráulico hacia el cilindro receptor.

• Un riel.

• Un rodamiento de 3cm de diámetro.

• Un resorte de recuperación.

• Un brazo metálico de 20cm de largo que sustituye a la palanca del embrague.

• Soportes para el motor y sistema hidráulico.

En el eje del motor se debe acoplar el perno roscado del sistema Bendix

(propulsor de arranque) mediante suelda para tener una sujeción fuerte y segura.

En la figura 5.11 se observa el sistema en mención.

140

* Oí" «* JT í»

Figura 5.11 Sistema Bendix

Se eligió un sistema Bendix cuya rosca es de 4cm, para de esta manera

conseguir un mayor recorrido lineal de la tuerca y permitir que el sistema funcione

con una rapidez adecuada. De la tuerca del sistema Bendix, se necesita

únicamente la parte roscada, por tanto, se debe recortar el resto.

A la tuerca del sistema Bendix se acopla mediante suelda, una pieza

cilindrica de 2cm de largo y con el diámetro similar al de la tuerca, con el fin de

realizar un sistema de apoyo para la varilla de empuje de la bomba hidráulica.

Una buena opción es hacer una rosca para permitir la calibración de la varilla de

empuje y por consiguiente del juego del embrague. Como se indicó, la tuerca

debe deslizarse linealmente para lograr el efecto de empuje deseado, por lo tanto

es indispensable construir un riel, y soldar un soporte en la tuerca para que éste se

deslice sobre el riel. Para evitar rozamiento se acondiciona un rodamiento al

soporte.

A continuación se enumeran los pasos para- ensamblar el

módulo mecánico:

141

1- El motor DC, la bomba hidráulica y su cilindro receptor se sujetan firmemente a

la bdse metálica mediante pernos.

2.- El brazo o palanca del embrague se sujeta en un extremo a la base metálica

por medio de un perno que hace la función de eje de rotación. En el otro extremo,

el vastago del cilindro receptor se acopla a la palanca por medio de un pasador

roscado.

3.- Cerca de este extremo también se sujeta el resorte de recuperación para

simular adecuadamente el funcionamiento del embrague ya que en este trabajo

no se dispuso de un vehículo para la instalación de los dispositivos.

En la figura 5.12 se puede observar todo el sistema ensamblado:

Figura 5.12 Módulo mecánico implementado

142

Una vez que se ha descrito el montaje del sistema mecánico, se procede a

describir su funcionamiento.

El funcionamiento del sistema mueve la palanca de desembrague a partir

del giro del eje roscado del motor, el cual desplaza linealmente la tuerca que se

encuentra acoplada a dicho eje, permitiendo accionar el sistema hidráulico y con

ello el embrague.

El desplazamiento de la palanca se'realiza mediante un sistema de

posicionamiento discreto, es decir, su movimiento no necesariamente debe ser

•continuo pues se tiene claro que hay posiciones o intervalos en los cuales el

embrague actúa con mayor o menor intensidad provocando así .diferentes

efectos en el movimiento del automotor.

Es así como podríamos distinguir 4 posiciones definidas :

• La primera llamada "juego del embrague" que tiene un pequeño movimiento

de unos 3 a 5 mm .

• La segunda posición en la que el mecanismo comienza a funcionar y que a su

vez es utilizada conjuntamente con el acelerador para provocar el movimiento

suave del vehículo.

• En la tercera ubicación el embrague comienza a desacoplar el torque

proporcionado por el motor a la transmisión.

• En la cuarta posición el sistema desacopla totalmente el momento del motor a

la transmisión y se usa en esta ubicación para el cambio de velocidades.

143

5.3-2 Diseño del sistema de control electrónico

El sistema de control electrónico se encuentra conformado por dos

circuitos :

- Circuito de control y

- Circuito de potencia . ' '

A continuación se realizan los diseños correspondientes tanto al circuito de

control como al circuito de potencia.


Como se indicó en el capítulo II, el sistema de control del embrague es

operado por un solo microcontrolador 8751, por lo tanto, para este sistema es

necesario hacer uso de otra tarjeta MCPD51 así como de circuitos adicionales,

que en conjunto cumplen las siguientes funciones:

1.- Leer la señal análoga (O a 5V) enviada por el botón de mando del embrague.

2.- Digitalizar esta señal, procesarla y enviar señales de control de O ó 5 V al

circuito de potencia para ubicar el eje del motor en determinadas posiciones.

3.- Proporcionar al usuario, de manera indirecta, la información de la posición en

la que se encuentra la palanca del embrague a través de una barra de leds.

144

4.- Verificar la ubicación del eje del motor por medio de un codificador óptico.

5.- Retomar el control del sistema si por alguna causa este se pierde usando

señales de finales de carrera.

A continuación se presenta en la figura 5.13 el diagrama de bloques del

circuito de control:

Señalanáloga

Microcontrolador

Amplificador deComente

Amplificador deComente

Indicadores luminosos deposición

Pulsos deposición

Circuito auxiliar pararetomar el control

Figura 5.13 Bloques que conforman el circuito de control

Seguidamente se presentan los diseños de los circuitos que conforman el

circuito de control.

145

5.3.2.1.1 Diseno del botón de mando

Se utiliza un botón de mando con las mismas características eléctricas y

mecánicas de los utilizados tanto para el control del acelerador como para el

control del freno. Figura 5.14

7 . 5 cm

2 cm

2cm

Figura 5.14 Botón de mando del embrague

5.3.2.1.2 Acondicionamiento de señal del botón de mando

El circuito para el acondicionamiento de señal del botón de mando es el

mismo que se usa para los botones del acelerador y del freno. Figura 5.15

146

Salida delfiltro RC

VOLTftGE REGUL-ftTOR R oonvVI G VO

ND

^ "

|_^ C

ri —

Botón demando P

Al conversoír ADC

Figura 5.15 Circuito acondicionador de señal

Donde :

R= Ó8CO

C=0.1(iF

5.3.2.1.3 Acondicionamiento de las señales de control para el circuito de potencia

Las señales para habilitar el circuito de potencia se tienen en los pines Pl.O

y Pl.l con los niveles que se indican en la tabla 5.1 de acuerdo con la acción que

se quiera conseguir en el vehículo.

DESEMBRAGUE

Pl.O

Pl.l

EMBRAGUE

Pl.O

Pl.l

SEÑAL EN LOS PINES

OL

1L

SEÑAL EN LOS PINES

1L

01

Tabla 5.1 Combinación de señales en Pl .0 y Pl .1

para embragar y desembragar

147

Al igual que para el caso del acelerador y freno, las señales de P1.0 y Pl.l

se manejan a través del circuito 74LS244 cuyas señales de habilitación se manejan

igualmente con una compuerta AND, para proteger a la fuente de alimentación

cuando en los dos pines se tiene un 1L

Además, el circuito se desacopla de la parte de potencia a través del

optoaislador ECG3086, por lo tanto, en la figura 5.16 se muestra el diagrama de

bloques del circuito utilizado.

MicrocontroladorAmplificadorde corriente

Pl.O

Pl.l


M>Habilitación del

*• circuito de potencia

Figura 5.16 Acondicionamiento de las señales de control

El circuito de la figura 5.16 es el mismo que el diseñado para el freno en el

capítulo IV, por lo tanto, no es necesario realizar un nuevo diseño.


En la figura 5.17 se muestra el diagrama de bloques del circuito

148

íiC8751

I

rv>

!/

Bus dedatos

Barra deATCH resistencias Barra de led:

^>yv\WWYWYJV^..AA/Vywvyvwyvw

K>

LX

OO0

o

Figura 5.17 Diagrama de bloque del circuito para

los leds que muestran la posición

El circuito presentado forma parte de la tarj'era MCPD51, por lo cual no es

necesario realizar ningún tipo de diseño.

5.3.2.1.5 Diseño del circuito para retomar el control del sistema

El presente circuito tiene la finalidad de retomar el control del sistema, en el

caso de que éste haya perdido el control sobre la posición de la palanca del

embrague.

Se utilizan dos interruptores de fin de carrera NO en las posiciones inicial y

final del rango de operación de la palanca del embrague, tal como se indica en

la figura 5.18.

149

Palanca del Embrague

Eje derotación

— NO


Las señales de los finales de carrera ingresan a un circuito individual para

eliminar los rebotes producidos en el cierre y apertura de sus contactos y luego a

una compuerta AND para manejar las señales de los dos finales de carrera con la

interrupción O (INTO), en la figura 5.19 se muestra el circuito eliminador de rebotes.

vcc

NO

i_¿

*\4

VCC

A LA INTERRUPCIÓN EXTERNAO DEL MICROCONTROLADOR

D

N0\4


150

El diseño del circuito es el mismo del numeral 3.3.2.2.5, por lo cual no es

necesario volver a realizar el diseño. Los valores de los elementos usados son:

R= 5ÓKH

c= i P.F

Para que el microcontrolador pueda ejecutar adecuadamente la acción

de retomar el control es indispensable enviarle información acerca de cual

interruptor de final de carrera fue presionado . Esto se consigue haciendo que los

datos que ingresan a la compuerta AND del circuito de eliminación de rebotes,

también pasen por el circuito 74LS244 de la tarjeta MCPD51. El circuito es el de la

figura 5.20.

Circuitos deeliminación derebates



>

74US244


151

5.3.2.1.6 Diseno del circuito de realimentación. Pulsos de posición


información de la posición de la palanca del embrague para que en base a ella

realice las tareas indicadas por el programal de control.

La lectura de la posición se realiza en la palanca de desembrague

utilizando un optoacoplador conjuntamente con una "tarjeta dentada" para

permitir o no el paso de la luz infrarroja generada por el diodo del optoacoplador

consiguiendo de esta manera O ó 5V. En la figura 5.21 se puede observar el

sistema utilizado :

Tarjeta dentada

sensor Óptico

Figura 5.21 Tarjeta dentada con su sensor óptico para enviar

la señal de realimentación al microcontrolador

El desplazamiento de la palanca del embrague de un automóvil es en

promedio unos 3cm, y como el intervalo se ha decidido dividirlo en 4 subintervalos

diferentes, lo cual hace que la tarjeta cuente con 4 ranuras cuya separación es de

0.75cm .

152

El circuito acondicionador para las señales enviadas por el sensor óptico

es el mismo que el utilizado para el caso del acelerador y freno, con la única

diferencia de que se necesita solo un inversor Schmitt Trigger antes de conectar al

pin de la interrupción O 1NTO, ya que ésta sólo maneja los pulsos del circuito de

realimentación del embrague. Por lo tanto, el circuito obtenido se muestra en la

figura 5.22. Los valores de resistencias son semejantes a los ya calculados en el

capítulo III numeral 3.3.2.2.6.

VCC

R2VCCo

Ri"-AAA

A LA INTERRUPCIÓN

EXTERNA O

74HC14

Sensor Óptico

Figura 5.22 Circuito de realimentación para el embrague


5.3.2.2.1 Dimensionamiento del motor DC

Tomando como datos referenciales :

Una fuerza en la palanca del embrague de 1.8 veces la fuerza máxima

requerida en el pedal para un embrague tipo resorte de presión. Por lo

153

tanto se tiene que la fuerza es de 320N.

Un recorrido aproximadamente lineal de 3 cm del extremo de la palanca y

Un tiempo de desplazamiento total de 0.5 s

Puesto que el accionamiento del embrague es de tipo hidráulico se

consiguió en el mercado una bomba de 5/8" de diámetro (Oí) y un cilindro

receptor de 13/16" de diámetro (<E>2), por lo que se tiene una relación de fuerzas

dada por:

<x>r2

miL JF2 A2 fd>2Y di

^=0.59F2

Donde:

Al es el área del cilindro de la bomba y,

A2 es el área del cilindro receptor

dz es el recorrido del vastago del cilindro receptor

di es el recorrido del vastago del cilindro de la bomba

Fl es la fuerza aplicada al vastago del cilindro de la bomba

F2 es el fuerza que entrega el vastago del cilindro receptor

Se tiene que el recorrido del vastago del cilindro de la bomba di es de

5cm, por lo tanto, a partir de la ecuación [5.1] se tiene :

d2=dlx0.59 [5.2]

d2= 5cm x 0.59= 2.9cm

Fl=F2x0.59 [5.3]

154

Fl =320Nx 0.590 188.8N

Como se mencionó anteriormente se utiliza una tuerca y tornillo

implementado en el sistema Bendix para conseguir tanto el desplazamiento lineal

del vastago de la bomba asi como el accionamiento rápido del embrague.

Para determinar la potencia del motor se parte de las características del

tornillo (figura 5.23 ) las cuales son :

Longitud L= 5cm

Diámetro D= 1.8cm

Ángulo de inclinación del roscado a= 30a

Figura 5.23 Tornillo del sistema Bendix

A partir de la figura 5.23 se procede a calcular el torque del motor

155

ZFy = O [5.4]

N = F3-F4 . [5.5]

Fseos 60 = — [5.6]

Fi'F4

eos 30 = — [5.7]F2

A partir de [5.6] y [5.7] se obtiene Fs y F4 que se reemplazan en [5.5]

188.8N = cos60Fi-cos30F2 [5.8]

De la figura también se tiene que:

eos 60 = — [5.9]FT

FTeos 30 = — [5.10]

Fi

A partir de [5.9] y [5.10] se obtienen Fi y p2 que se reemplazan en [5.8], obteniéndose:

FT188.8N = cos60- -eos3O cos60 FT [5.11]

cosSO L J

De donde:

Fx = 1311N

donde FT es la fuerza tangencial del eje del motor

[5.12]

TM = 1311N 0.009 m = 11.7Nm

TM es el torque del motor

rM es el radio del eje del motor

Además, para un desplazamiento lineal de la tuerca de 5cm se tiene que

el desplazamiento angular del tornillo es de 6= 90° =n/2 rad.

156

Considerando un movimiento circular uniformemente acelerado se tiene :

9.f = 80+-ayt [5.13]

#0 = 0

Entonces a paritr de [5.13] se ti ene:

2 0f[5.14]

2-7 rad raday = — • - • = 6.28 - = 6QRPM

0.5 5 s

Por lo tanto la potencia requerida por el motor es:

P = TMfi?r [5.15]

P= 11.7 Nmx 6.28 rad/s = 73.4W

Se dispone de un motor DC utilizado en el sistema de limpiaparabrisas de

automóviles de las siguientes características :

Voltaje = 12Vdc

Corriente = 1OA

Jorque = 25 Nm

Dos velocidades 45 RPM y 60 RPM

Por lo tanto comparando con la velocidad wt calculada se tiene que el

motor cumple con esta especificación.

157

5.3:2.2.2 Puente de inversión de giro

Se utiliza la misma configuración del circuito de potencia del sistema de

control del acelerador. Ver figura 5.24.

Rl


Se tiene como datos los siguientes parámetros :

Voltaje =12VDC

Corriente del motor IM

Donde:

IM — •PM

VBAT - 2 VCESATQI

73.4IM = = 8.1A = In

12-2(1.5)

[5.16]

Se considerará una comente de 2 veces la In para el dimencionamiento es

decir ln= 16A

158

Se elige el transistor TIP3055 de Motorola cuyo reemplazo es el ECG 2304 y

sus características están en el anexo A.


una corriente de 750 mA.

I b Q 2 = I C Q S [5.17]

ICQ8> Para garantizar la saturación del transistor [5.18]p

Se elige Q8 el transistor ECG 123 A cuyo/? característico es de 100

ICQS 750 mA

. Ibqs =IcQi2 [5.19]

A partir de la figura anterior se tiene:

VCEQ4 - VBEQ4 - VBEQS - VcESATQ12Rl= ; • [5.20]

ICQ12 J

1.5 - 0.7-0.6-0.02 VRl = = 4.8H

37.5 mA

Por lo tanto se elige el valor de Rl = 4.7Í1

5.3.2.2.3 Protecciones

Para el dimensionamiento del fusible se considera un factor de l.Sveces la

In, por lo tanto la capacidad de corriente que debe soportar es de:

159

lfus¡bie=1.5xln= 12A.



conmutación. Se dimensionan para la corriente nominal ln=8,l A

Por lo tanto, se elige el diodo 1N4934

5.3.2.3 Programa de control del embrague

La estructura del programa es semejante al programa que controla el

accionamiento del acelerador y el freno. Por lo tanto, a continuación se muestran

los diagramas de flujo de las partes que conforman el mismo.

El rango de las lecturas del conversar anáalogo-digital se encuentra

dividido de igual forma que para el caso del freno, como se muestra en la tabla

4.4.

160

\N

DEFÍNICION DE ETIQUETASY DIRECCIONES

DESHABIUTACION DE LOSCIRCUITOS DE POTENCIA

HABILITACIÓN Y CONFIGURACIÓNDE LAS INTERRUPCIONES

\T

"\L

/NOf

«£

LA PALANCA DEL EMBRAGUEDEBE RETORNAR COMPLETAMENTE

1"

LIMPIAR LOS REGISTROS DONDESE ALMACENAN LOS DATOS

SALTO AL PROGRAMAPRINCIPAL

FLUJOGRAMA

/"PROGRAMACIÓNI INICIAL

i

HABILITACIÓN DELWDT

1 '

LECTURA DEL COHVERSORA/D DEL EMBRAGUE

/ES UN\ DATO \O '?/

JJSE CALCULA LA i

>EÑAL DE REFERENCIA

t

/U 3ERAL DE\A ./

NO

GIRO/EL MOTOR EN"\SENT1DO +/

'•-.. /

N0

SI f

DE

. DEREFERWCIA /'

1N

\OiML A SEÑAL DE /\A /

SI

FLLUQ3FSAMA 5.2

EXTEF? 1

DE SEO (+)PAR*. EL

.--'-£>--,_,--" PULSOS ES'-., -a

1CU4L A LA SEÑAL ~>-

t

DESHAHLÍTAR EL SIRÓ (+)DEL MOTOR

SE APLICA. EL FKEHOAL MDTÜR

SE SUAK& EL DATOCORRE2POHDia-iTE

A u poaaoH

B. SIRÓ (-)DEL MOTOR

SE APLKA a R5£NOAL HD7OR

SE GWfiDA EL DATOGQRRESPOHHEhíTE

A LA P03QDH

FLUJOSRAUA 5.3

/ \^ \£

fqa

gii;

;-

i Í

^ |c

| /

\ S'."' V

EESR

JfflU

TAR

E

L S

DEL

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TOñ

DEL

FF

S

. ,-t

c §^

Htí

z £2\s

. «3

CAPITULO VI

SISTEMAS DE SEGURIDAD

6.1 Diseño del sistema de emergencia

La importancia de diseñar un sistema de emergencia se basa

principalmente en el hecho de que el control electrónico, encargado de realizar

las funciones de acelerar, frenar y embragar, puede eventualmente sufrir daños

eléctricos o de algún otro tipo, consecuentemente se perdería el control sobre el

sistema dando origen a accidentes. Es por esta razón que se precisó del diseño de

un sistema de emergencia que solucione en gran medida esta situación.

Considerando que se pueda presentar un mal funcionamiento del sistema

de control, se resolvió que el sistema de emergencia debe realizar la siguiente

función :

Al presionarse un pulsador, se debe conseguir la desaceleración del

vehículo, y en el mismo instante el freno debe actuar. Además, en esta misma

situación se deshabilita completamente el circuito que controla el embrague. El

pulsador de emergencia debe ubicarse estratégicamente en la cabina del

vehículo de tal forma que el usuario pueda acceder a él lo más rápido posible.

Con estas acciones se pretende que el vehículo se detenga

completamente en un tiempo muy corto.

A continuación se presenta en la figura 6.1 el diagrama de las conexiones

de los contactos de los relés del sistema de emergencia en los circuitos de

165

potencia respectivos.

ACELERADOR

6.1a 6.1b

EMBRAGUE

I12V >

ó.lc

Figura 6.1 Conexión de los contactos de los relés para el circuito emergencia

a) freno bjacelerador cjembrague

166

Eléctricamente el sistema funciona de la siguiente manera : al presionarse

el pulsador de emergencia, se energizan las bobinas de los relés Kl a K6 [ver figura

6.2) y sus contactos deshabilitan el ramal del puente del circuito de potencia del

freno que hace girar el motor en el sentido de retorno del pedal y al mismo

tiempo habilitan el ramal del puente en el sentido de avanzada . Una vez que el

pedal del freno se encuentra en el extremo de su rango de acción, es decir,

desplazado completamente, presiona el interruptor de final de carrera haciendo

que se apague el motor que lo hace mover (ver figura 6.3 b).

Una acción inversa se realiza en el puente del circuito de potencia del

acelerador. Los contactos de los relés deshabilitan el ramal del puente que hace

girar el motor en el sentido de avanzada de la palanca de aceleración del

carburador y al mismo tiempo habilitan el sentido de retorno, para producir de

esta manera la desaceleración del vehículo. Idénticamente, el motor que controla

el movimiento de la palanca se apaga al presionar el interruptor de final de

carrera (ver figura 6.3 a).

Se debe notar que tanto para el freno como para el acelerador, el final de

carrera que corta la alimentación del motor es el normalmente cerrado, por lo

cual éste se ha dimensionado de tal manera que, su contacto soporte la corriente

nominal del motor;, sin embargo, por facilidad de montaje en los módulos

mecánicos y disponibilidad en el mercado, se han utilizado finales de carrera para

TOA, en los dos casos, que en realidad no afectan en el funcionamiento del

sistema de emergencia. Además, se debe recordar que los finales de carrera NC

se utilizan también en el circuito que permite retomar el control.

167

12V

Pulsador de emergencia

Figura 6.2 Conjunto de relés que forman el circuito de emergencia

Palanca del carburador

Tope inicial

f—I

Tone final

Tope

Sistema acelerado Sistema desacelerado

Figura 6.3.a Accionamiento de los finales de carrera del acelerador

168

Pedal del freno

NO

Sistema con freno Sistema sin freno

Figura 6.3.b Accionamiento de los finales de carrera del freno

Cabe aclarar que una vez presionado el pulsador y realizadas las acciones

de emergencia, no se tiene control sobre los sistemas del acelerador, freno y

embrague sino hasta volver a presionar nuevamente el pulsador, habilitando de

esta forma los ramales de los puentes de los circuitos de potencia.

Con el fin de tener un sistema uniforme, se utilizan relés para un voltaje de

12V en la bobina y contactos capaces de soportar una comente de 8A, para los

tres sistemas de control.

6.2 Diseño del sistema de vigilancia para el microcontrolador (watch dog timer

WDT)

La función del watch dog timer (WDT) o circuito de vigilancia, es

reinicializar el programa implementado en el microcontrolador cuando por

169

alguna circunstancia interna o externa éste entró en un lazo infinito o simplemente

se cuelga. En esta situación, también se perdería el control sobre los sistemas

implementados, razón por la cual se diseñó un circuito capaz de sacar de esta

condición al microcontrolador.

Adicionalmente, el circuito de vigilancia informa al usuario del sistema, por

medio de un indicador luminoso, que hay una acción de reinicialización.

Cabe anotar que existen dos circuitos de vigilancia puesto que se utilizan

dos microcontroladores 8751 para todo el sistema de control.

En la figura 6.4 se presenta el diagrama de bloques de las partes que

conforman el circuito del watch dog timer:

Watch Dog Timer

P1.5

îC

P1.6

P1.7

KESET

— | __ Circuito de— 1 Habilitación

"1U

Sn< tr

f

Circuito Circuito

nulso

4elección delipo de reset

Indicadorluminoso de resetporWDT

Reset manual

Figura 6.4 Diagrama de bloques del WDT

Como se puede observar en el diagrama, hay 4 circuitos bien definidos

que son:

170

- Un circuito de habilitación.

- Un temporizador con retardo en el encendido.

- Un circuito generador de pulso.

- Un circuito de selección, que indica al microcontrolador el tipo de

reinicialización que se produjo, es decir, si fue manual o debido al WDT.

- Un circuito para informar al usuario que se produce una reinicialización del

microcontrolador debido al WDT.

A continuación se presenta el diseño de cada uno de los circuitos que

componen el sistema de vigilancia WDT

6.2.1 Circuito de habilitación

Salida delcircuitogenerador depulso

vcco

/ Ql

74HC14

l_ CIRCUITO'TEMPORIZftDOR

Figura 6.5 Circuito de habilitación del WDT

Como se puede observar en la figura 6.5, se utiliza una compuerta AND de

dos entradas. En la una se conecta el pin P1.5 del microcontrolador que habilita al

WDT y en la otra, la salida del circuito generador de pulso a través de un inversor

171

para tener la lógica adecuada. Las dos señales deben estar en 1L para activar el

WDT-y una de ellas en OL para desactivarlo. La salida de la compuerta AND va

conectada directamente a la base de un transistor de señal usado como

interruptor para activar el circuito temporizador.

Al igual que en el numeral 3.3.2.2.5, se tiene que la corriente que circula por

el colector de Ql es de alrededor de 5mA por lo cual la comente en su base es de

0.25mA. De las características del circuito integrado 74LS08 se observa que la

corriente a la salida de la compuerta AND cuando está en 1L es de 0.8mA, por lo

tanto es suficiente para saturar el transistor Ql. En consecuencia se utiliza el

transistor ECG 123A.

¿.2.2 Circuito Temporizador

Del circuito dehabilitación

Al circuitogenerador de pulso(CGP)

x-"

J-nJ

-~ CJ2

5

^ C£1

1 **

f

F-rr-,

LM 5

f,

?

55

3

7

B

1

i

74HC14

R2 iT

74HC14

I> Al circuito deselección

Figura ó.6 Circuito temporizador

La estructura básica del circuito temporizador se obtuvo de la referencia

[4]-

172

Se diseña el temporizador con retardo en el tiempo de encendido de 2

seg, 'tiempo suficiente para qué el microcontrolador termine de realizar las tareas

del programa implementado en él; de lo contrario se asume que el

microcontrolador se colgó y luego de los 2 seg se envía una señal de OL al circuito

generador de pulso para que reinicialice al microcontrolador.

A continuación se calculan los elementos que proporcionan el retardo de

tiempo requerido.

treurdo — 1.1 R2 Cl

Sea tretardo = 2 S6g

A partir de la referencia [4]

Entonces:

_ tretardo 2s1.1 Ci

Se elige Ib = 2Mfl

= 1.82MH

[6.1]

6.2.3 Circuito generador de pulso

Vcc

Salida de B delcircuitotemporizador

C2

TRR

Q

DIS

CV THR

==F- LM B55

ft CIRCUITOSDE HABILITACIÓN,SELECCIÓN.E INDICfiDORLUMINOSO DE WDT

Cl

Figura ¿J Circuito generador de pulso (CGP)

173

Una vez que hayan transcurrido los 2 segundos, y no se tenga respuesta del

micro, el circuito temporizador envía una señal de habilitación (OL) al circuito

generador de pulso a través del pin 2. Con esta señal de habilitación el circuito

genera en el pin 3 del LM 555 (ver figura 6.7), un pulso de 200 mseg de duración,

tiempo suficiente para reinicializar el microcontrolador.

A continuación se indican en la figura 6.8 los niveles lógicos que se

obtienen a la entrada y salida del circuito generador de pulso cuando éste se

activa :

Entradapin 2

Salidapin 3

1L

OL

1L

OL200ms|

Figura 6.8 Señales en los pines 2 y 3 del LM 555 para el circuito generador de pulso

De igual manera que en el circuito anterior, la configuración del LM 555 se

tomó de la referencia [4], y el cálculo de los elementos que regulan la duración

del pulso se obtiene a partir de la relación [6.1]:

Sea t= 200 ms Ci = 0.1//.F y C2 = 0.01//F

De donde:

200msR =

1.1(0.1//F)1.82MQ

Se elige R = 2MH

174

6.2.4 Circuito de selección

74244 74373

ORS

Salida de Á del circuitot empor i z ador

RESET MftNUftL

DE SOLIDA CGP

RESET MflNURL

DE SPiLIDñ CGP

Figura 6.9 Circuito para seleccionar el tipo de reset producido

en el microcontrolador

El objetivo del presente circuito es identifficar el tipo de reinicialización

(reseteo) que se efectúa en el microcontrolador, pues es de gran importancia

para no perder el control sobre los sistemas implementados, ya que en un reset

manual se enceran (limpian) las localidades de memoria en las que se guardan

información referente a la posición de cada uno de los sistemas, mientras que un

reset generado por el WDT deja intactas las localidades de memoria utilizadas. El

circuito consta de compuertas OR, y circuitos de 3 estados, 74LS244, y 74373, tal

como se indica en la figura 6.9.

El funcionamiento es el siguiente. Cuando no se produce ningún tipo de

reseteo, las entradas de la compuerta ORÍ están en nivel bajo, mientras que al

producirse un reseteo manual se tiene un 1L a la salida de ORÍ, con cuyo valor se

habilita el latch 74LS373 guardándose el dato del circuito generador de pulso

175

(CGP) que en este caso es 01.

Al reinicializarse el microcontrolador, por medio del programa se habilita el

circuito 74LS244 poniendo un OL en el pin P1.6, y se lee el dato almacenado a

través del pin P1.7, que en el caso de un reset manual es un OL.

Por otro lado, cuando se produce un reset por el WDT la salida del circuito

generador de pulso se pone en 1L Este dato es almacenado a la salida del latch y

leído por el microcontrolador a través del pin P1.7, identificándose de esta manera

un reseteo generador por el WDT.

En ambos casos una vez identificado el tipo de reinicialización, el

microcontrolador realiza las instrucciones correspondientes al programa

implementado en él.

6.2.5 Circuito indicador luminoso de reset por WDT

vcc

Rl

ENTRADft ftINDICADOR LUMINOSODE RESET POR WDT

I_ED

Figura 6.11 Circuito para indicar un reset por WDT

El objetivo del circuito es alertar al usuario por medio de un indicador

176

luminoso que se produce una reinicializacion del programa del microcontrolador

debido a una mala operación de este.

El circuito funciona de la siguiente forma. La salida de un nivel alto de]

circuito generador de pulso CGP satura el transistor de señal haciendo que se

encienda el diodo led. Los valores de resistencias para este circuito son:

= 15 mA

Vcc - VCESATQI - VLED 5 - 0.4 - 1.5 VRi = = = —- = 206a

ILED 15 mASe escoge Ri = 200Q

ICQIIbqi = 5-— = 0.75mA con un J3 = 100

Entonces:

VsalCGP-VBEQl 5-0.7 V

Ibqi 0.75 mA

Se eligeR2 = 5.6KH

177

CAPITULO Vil

RESULTADOS EXPERIMENTALES

7.1 Integración de los controles del acelerador, treno, embrague y análisis de

resultados

Una vez desarrollados cada uno de los sistemas de control y así como los

respectivos módulos mecánicos para el acelerador, freno y embrague, se procedió

a observar y analizar el comportamiento de cada uno de los sistemas.

En el caso del acelerador se llegó a determinar experimentalmente el

tiempo de respuesta que le toma desplazarse todo el rango de acción a la

palanca del acelerador, llegándose a obtener un tiempo promedio de 0.5

segundos, valor que se obtuvo luego de varios ensayos realizados.

El valor antes indicado se ajusta adecuadamente a los requerimientos de

diseño que inicialmente se plantearon, ya que este valor de tiempo se estima

suficiente para conseguir la máxima aceleración en el vehículo.

Por otro lado, para realizar un cambio de marcha o frenar el vehículo,

aparentemente se necesitaría un retorno instantáneo de la palanca del

carburador; sin embargo, los carburadores cuentan con un sistema de

amortiguamiento para evitar una súbita desaceleración, ya que ello puede

provocar un apagado indeseado del motor, a más de que permite disminuir las

emisiones contaminantes. Por estas razones se ratifica que el tiempo de 0.5

segundos permite realizar un correcto accionamiento tanto para la aceleración

178

como para la desaceleración.

Otro punto importante es que, debido a la inercia rotacional propia del

motor se tenían sobreimpulsos en la respuesta de la posición haciendo que el

sistema oscile en un tiempo pequeño hasta alcanzar la posición requerida. Estas

oscilaciones resultarían perjudiciales pues en este caso se presentarían

aceleraciones y desaceleraciones notorias en el vehículo. Por esta razón se

implemento un control que permita eliminar dichas oscilaciones en el menor

tiempo posible, el cual consiste en invertir la polaridad de la alimentación al motor

consiguiendo un frenado casi instantáneo. Para la determinación del tiempo

necesario durante el cual debe aplicarse el frenado se usó el método de ensayo y

error, llegándose a determinar un valor de 13 milisegundos.

En el caso del sistema de freno se midió un tiempo de respuesta promedio

de 0.35 segundos, tiempo que se ajusta a los requerimientos de diseño. El error que

se involucra está dado principalmente por la manera en que se toman las

lecturas, la respuesta del accionamiento mecánico, etc.

De manera similar al sistema de aceleración, se utilizó un control de

posición basado en la aplicación de un freno por inversión de giro invirtiendo la

polaridad de la alimentación al motor. La determinación del tiempo que se

requiere para este frenado se realizó mediante el método de ensayo y error

llegándose a determinar que este debe ser de 23 milisegundos.

Al igual que en los casos anteriores se procedió a determinar el tiempo de

respuesta del accionamiento del sistema de embrague llegándose a medir un

valor promedio de 0.7 segundos para realizar la función de desembrague, y 0.5

179

segundos para la función de embrague. Esta diferencia se debe a que en el

desembrague se necesita vencer básicamente la fuerza del resorte del embrague,

mientras que en el sentido contrario, esta misma fuerza más el torque del motor se

encarga de retornar la palanca en menor tiempo.

La respuesta mecánica para el empuje de la palanca del embrague tiene

un retardo apreciable, que se sentiría en el vehículo al intentar hacer un cambio

de marcha demasiado rápido. Sin embargo, el retorno de la palanca se realiza en

un menor tiempo para no producir el desgaste innecesario del sistema de

embrague del automóvil.

Comparando el tiempo medido para desembragar con el tiempo impuesto

para el diseño hay una diferencia de 0.2 segundos los cuales pueden deberse a

ciertas consideraciones mecánicas que se despreciaron para el diseño como por

ejemplo: fricción entre las partes mecánicas así como el tiempo de respuesta del

sistema hidráulico.

En este caso se llegó a determinar que se necesita aplicar el freno por

inversión de giro del motor únicamente cuando se realiza la función de embrague.

Este tiempo es de 20.5 milisegundos.

También se realizaron pruebas combinando tanto el funcionamiento del

control del acelerador como el control del freno, para de esta manera determinar

si existe un retardo considerable entre el tiempo que toma el paso de un control

hacia el otro, obteniéndose un tiempo casi instantáneo que estimativamente se

asemeja al requerido por .el pie derecho en realizar el paso o cambio desde el

pedal del acelerador hacia el freno o viceversa.

180

ANEXOS

194

• Al combinar las acciones de embrague y acelerador, o embrague y freno

se observó que no se presentaron ningún tipo de inconvenientes cuando trabajan

simultáneamente los dos sistemas, pues dichos sistemas son controlados

independientemente.

Cabe mencionar que en el principio del desarrollo de la presente Tesis se

realizaron pruebas para determinar la factibilidad de un control simultáneo en los

tres sistemas implementados, sin embargo se llegó a concluir que era indispensable

que un microcontrolador realice el control del embrague y otro realice el control

de las funciones de freno y aceleración debido a que la respuesta de los sistemas

mecánicos son extremadamente lentas en relación con la del microcontrolador,

pues este debería realizar básicamente 6 tareas como son : acelerar, desacelerar,

frenar, desfrenar, embragar, desembragar o una combinación de estas,

provocando que eventualmente el microcontrolador no pueda atender una de

ellas por encontrarse realizando otra tarea, ocasionando acciones indebidas sobre

el automotor.

En cuanto a los valores de corriente que cada sistema consume se pudo

determinar con la utilización de un osciloscopio los siguientes valores:

Acelerador:

Corriente pico = 4A

Comente nominaN 2A

Freno:

Comente pico = 8A

181

Comente nominal^ 4A

Embrague:

Corriente pico = 13A

Corriente nominal= 8A

En lo que se refiere a la parte electrónica el principal inconveniente que se

presentó fueron los datos entregados por el conversar análogo-digital (ADC0804)

hacia el microcontrolador, ya que debido a la construcción propia del

potenciómetro (botón de mando) se generan pulsos durante el manejo del botón

indicado, las cuales son muy notorias cuando la lectura se encuentra bordeando

el límite entre un intervalo y otro, haciendo que dichas variaciones se reflejen en el

conversar A/D y por ende en el microcontrolador, por lo cual se generaban

oscilaciones de las partes mecánicas, mientras no se aleje del límite del intervalo.

El problema se solucionó a través del programa de control, creando una

"banda" para las lecturas. Por lo tanto, cuando el micro realiza una lectura del

conversar chequea si el dato se encuentra dentro de la banda; si es el caso no

realiza ninguna acción, y en caso contrario toma el dato como válido y pasa a

ejecutar las tareas de control. De esta manera se discriminan las lecturas

correspondientes a variaciones en el conversar A/D que ocasionan

accionamientos erróneos.

Con el fin de disminuir la influencia de señales de ruido que pudieran

captarse en los cables de los botones de mando por ser de una longitud

considerable, se han utilizado cables blindados.

182

Además, con la finalidad de mantener una temperatura adecuada para

los microcontroladores así com'o los transistores de potencia, se implemento un

ventilador que ayude a evacuar el calor generado en el módulo de control

electrónico.

En el anexo B, se encuentran fotografías en las que se muestran el montaje

de las tarjetas electrónicas, así como la estructura exterior del equipo desarrollado.

7.2 Análisis del costo del equipo

A continuación se muestra la evaluación económica del equipo

desarrollado

183

TARJETA MCPD51

Descripción

TarjetaMicrocontrolador 8751CristalResistenciaResistencia integradaCapacitor cerámicoADC 0804DiodoDiodo zenerC.I. 74HC14C.l. 74LS244C.l. 74LS373C.i. 72LS138Fines 10x2Sócalo 14 pinesSócalo 1 6 pinesSócalo 20 pinesSócalo 40 pinesJumperConector alimentación

Cantidad

222122

281222354104492102

Precio Unit.

100.000140.000

3.000200

1 .500500

35.000500700

4.5004.5004.0003.0001.0003.5004.0005.0007.000

5002.000

SUBTOTAL1

Precio total

200.000280.000

6.0002.4003.000

14.00035.000

1.0001.4009.000

13.50020.00012.00010.00014.0008.000

45.0001 6.0005.0004.000

$ 664.300

Tabla 7.1

184

TARJETA DE CONTROL

DescripciónNTE931Resistencia 5Q. 5WCondensador 2200jiFECG 964PortafusibleFusibleSócalo 8 pinesLM555Sócalo 14 pines74HC1474LS0874LS3274LS21Sócalo 20 pines74LS 37374LS 244ADC 0804CondensadorECG 123ATarjeta perforadaBorneraPines 10x2Resistencias1 N4007Condensador IjaF

Cantidad Precio Unit.1111115595211412188112276

11

50.0001.0003.5003.5002.000

500700

1.500800

4.5003.0004.0004.0001.5004.0004.000

35.0001.000

3008.0004.0001.000

2001.000

600

SUBTOTAL2

Precio total50.000

1.0003.5003.5002.000

5005.6007.5005.600

22.5006.0004.0004.0006.0004.0008.000

35.0008.0002.4008.0004.0002.0005.4006.0006.600

$210.700

Tabla 7.2

185

RJETA DE POTENCIA

DescripciónECG291ECG 123A1 N4934PortafusiblesSócalo 20 pinesSócalo 8 pinesSócalo 14 pinesECG 74LS244ECG 3086ECG 74LS08PulsadorRelésTarjeta perforadaResistenciasFusiblesBorneras

Cantidad4121233613611611231

Precio Unit.

5003.0002.0001500700800

4.5008.0003.0003.8009.0008.000

200500

4.000

SUBTOTAL3

Precio total

6.0036.000

6.0004.5004.200

80013.50048.0003.0003.800

54.0008.0002.4001.5004.000

$ 195.700

Tabla 7.3

VARIOS

DescripciónConectaresJack banana de audioInterruptorGabinete metálico 25x20x10Cable # 22 AWGTarjeta perforadaInterruptore final de carreraBotones de mandoVentiladorLedsJack bananaCable par trensado 8 hilos 3m

Cantidad4832

11

2m1631

1781

Preciot Unit.3.1001.0003.000

50.000300

8.0005.0002.800

25.000800

1.500

SUBTOTAL4

Precio total148.80032.000

3.00050.000

6008.000

30.0002.800

25.00013.600

1.500

$315.300

Tabla 7.4

186

MÓDULOS MECÁNICOS

• Descripción

ACELERADOR:

CarburadorMotorPolea metálicaCable de aceroBase metálicaPernos

FRENO:

MotorPedalBase metálicaBomba hidráulicaResortePernosCable de acero

EMBRAGUE:

MotorBomba hidráulicaResorteBase metálicaTornillo BendixPernos

Cantidad Precio Unit.

111116

11111

141

11111

10

30.000120.000

5.5001.000

20.000500

120.0005.000

20.000120.000

7.0007.0001.000

120.000120.000

8.00020.00080.000

500

SUBTOTAL5

Precio total

30.000120.000

5.500

20.0003.000

120.0005.000

20.000120.000

8.0007.000

120.000120.000

8.00020.00080.000

5.000

$811.500

Tabla 7.5

EVALUACIÓN ECONÓMICA TOTAL

Subtotal 1Subtotal 2Subtotal 3Subtotal 4Subtotal 5

$ 664.300$210.700$ 195.700$315.300$811.500

TOTAL $ 2' 197.500

187

CAPITULO VIII

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En el país las personas discapacitadas no cuentan con un verdadero

apoyo y amparo para tener acceso a un vehículo ortopédico importado, ya que

para ello es requisito tener un considerable respaldo económico que en muchos

casos resulta ser una barrera, por lo cual dichos vehículos podrían reemplazarse

con los existentes en el mercado local haciendo uso de tecnología desarrollada en

el país con el fin de abaratar costos.

El equipo desarrollado es una alternativa tecnológica para ayudar o

permitir la movilidad autónoma de una persona dlscapacitada, para de esta

manera conseguir su integración social, laboral, económica a la que en muchas

ocasiones han sido marginados.

El equipo ha sido desarrollado y probado en módulos mecánicos cuyas

partes se asemejan a las de un automóvil debido a la no disponibilidad de un

vehículo; sin embargo, resultaría Interesante y beneficioso para las personas

discapacitadas que éste pueda ser ¡mplementado en un vehículo verdadero,

para de esta manera conocer con exactitud el rea comportamiento, en el caso de

que las funciones del acelerador, freno y embrague se realicen a través del sistema

electrónico desarrollado.

Para la construcción del equipo se han realizado adaptaciones de

elementos existentes en el mercado local, como es el caso de los botones de

mando, que son potenciómetros lineales a los que se les ha añadido un resorte con

188

el fin de que los controles sean manipulados con las manos, a más de que deben

facilitar tanto la conducción del vehículo como el manejo de los otros elementos

del mismo. Otro caso es el uso del perno y tuerca del denominado sistema Bendix,

los cuales por medio de su desplazamiento lineal posibilitan el accionamiento de la

bomba hidráulica que a su vez mueve la palanca del sistema de embrague.

El uso de los motores de los limpiaparabrisas facilita enormemente el

accionamiento del'sistema mecánico, así como el montaje, ya que el conjunto de

engranajes forma parte del motor, además de que están diseñados para trabajar

en el ambiente de un vehículo estándar. Además, debido al gran torque que

poseen se independiza de cierta forma el tipo de accionamiento mecánico con el

que pueda contar tal o cual vehículo.

El circuito de control electrónico cuenta con dos tarjetas MCPD51 ya que se

utilizan dos microcontroladores, además de que su uso se debe principalmente a

la facilidad que brindó en el desarrollo del programa de control así como en el

manejo de los pórticos del microcontrolador para conseguir el control de la

aceleración/desaceleración, frenado/desfrenado, embrague/desembrague

permitiendo un ahorro de tiempo en el desarrollo de la tesis. Sin embargo, con el fin

de optimizar el espacio físico utilizado podría pensarse en el desarrollo de una sola

tarjeta en la que se incluyan los dos micros y que además cuente sólo con los

elementos necesarios para realizar las tareas antes mencionadas.

Por la forma como funcionan tanto el sistema de control electrónico como

el sistema mecánico, es posible que el vehículo en el cual se ¡triplemente el equipo

pueda ser conducido tanto por una persona discapacitada físicamente como por

una persona en plenitud de sus condiciones físicas.

189

El control del'acelerador, freno y embrague a través de botones representa

una nueva forma de conducción por lo que se requerirá de un tiempo de

adiestramiento hasta lograr coordinar el movimiento en las manos para realizar

una acción determinada sin que tenga que descuidarse el control sobre el volante

del vehículo u otras partes. Se debe tener presente que el sistema está orientado

para una persona discapacitada físicamente.

El uso de los microcontroladores facilita enormemente las tareas de control

que con otros elementos digitales o análogos resultarían muy complejas, a mas de

que cualquier ajuste o variación en el sistema tomaría demasiado tiempo.

Con el fin de brindar seguridad al usuario, se ha desarrollado un sistema de

emergencia cuya respuesta se logra a través de un botón pulsador, el cual debe

estar ubicado en un sitio apropiado para que pueda ser accionado rápidamente

por el usuario en una situación de emergencia.

Para mejorar la respuesta de los sistemas desarrollados, se utilizó un freno

con inversión de giro, con lo cual se consigue disminuir tanto las oscilaciones

generadas alrededor de un valor de referencia, así como el tiempo de

establecimiento para la respuesta de posición que es la variable a controlar.

Para la construcción e implementación de los módulos mecánicos, se

aplicaron ciertos conocimientos básicos de Física, así como la disponibilidad en el

mercado de ciertas partes como son: motores de limpiaparabrisas, bombas

hidráulicas, etc.

190

• Para el diseño del equipo se han tomado en consideración varias

situaciones que pueden ocurrir o influenciar el funcionamiento del equipo de

control, como es el caso de las señales de ruido.

De igual manera, para establecer el sitio más apropiado en cuanto a

accesibilidad para poder implementar el control del acelerador, freno y

embrague fue necesario relacionarse con la parte mecánica de un vehículo.

Para facilitar la operación y control de las funciones de aceleración,

embrague y frenado, se planteó implementar los botones de mando para el

embrague y acelerador en la palanca de cambio de velocidades del vehículo

para ser operados con la mano derecha mientras que, el botón de mando del

freno se recomienda ¡mplementarlo en el volante del vehículo para ser operado

con la mano izquierda, al mismo tiempo que se puede conducir el vehículo.

191

BIBLIOGRAFÍA:

[1] REVISTA ATRÉVETE, No. 14, Mayo de 1997, Fondo Nacional de la Discapacidad

(Chile).

[2] REVISTA MINUSVAL, No. 83, Marzo - Abril de 1993, Instituto Nacional de Servicios

Sociales de España.

[3] REVISTA PERFILES, No. 128, Mayo-Junio de 1997, Organización Nacional de Ciegos

de España.

[4] COUGHLIN R., DRISCOLL F., Amplificadores operacionales y circuitos integrados

lineales, Editorial Prentice-Hall, 4ta. edición, 1993.

[5] DE CASTRO Miguel, Carburadores, Ediciones CEAC, 3ra. Edición, 1988.

[6] GONZÁLEZ José, Introducción a los microcontroladores hardware y software y

aplicaciones, Editorial McGraw-Híll, 1992.

[7] RASHID Muhammad, Electrónica de potencia, Editorial Prentice-Hall, 2da. Edición,

1993.

[8] RIVERA Pablo, Control de máquinas (folleto)

[9] TOBOLDT William, Manual de reparaciones para marcas populares de automóviles,

Lineal\Cleaworth Books, 2da. Edición.

192

[10] TOCCI Ronald, Sistemas digitales principios y aplicaciones, Editorial Prentice-HalI,

5ta. edición,

[11] RELIANCE ELECTRIC, Standard drives & control products. Catálogo 1995

[12] CONADIS, Ley, reglamento y políticas sobre discapacidades en el Ecuador,

Agosto de 1994.

[13] CENTRO ESTATAL DE AUTONOMÍA PERSONAL Y AYUDAS TÉCNICAS, Ayudas para la

movilidad personal, España 1997.

193

ANEXOS

194

ANEXO A

CARACTERÍSTICAS DE LOS ELEMENTOS UTILIZADOS

Nat

ion

al

Vo

ltag

e R

egul

ator

sS

emic

ondu

ctor

LM12

3/LM

223/

LM32

3 3

Am

p,

5 V

olt

Pos

itíve

Reg

ulat

orG

ener

al

Des

crip

tion

The

LM12

3 t

s a

thre

e-te

rmin

al p

ositi

vo r

egul

ator

with

a p

rese

t 5V

outp

ut

and

a lo

ad d

rivin

g c

apa-

bilH

y of

3 a

mps

. N

ew C

ircui

t de

sign

and

pro

cess

ing

tech

niqu

es

are

used

lo

pr

ovid

e th

e hi

gh o

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rren

! w

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sacr

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ng t

he r

egul

atio

n ch

arac

-te

ristic

s of

low

er c

urre

nt d

evic

es.

The

3

amp

regu

lato

r is

vir

tual

ly

blow

out

pro

of.

Cur

rent

lim

iting.

pow

er

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h~J(pk] = 150°C; TC¡SSeoond breakdown pulseo 10% provlded Tj(pk)ss, thermal Ilmitations wilied to valúes less than theikdown.

MOTOROLASEMICONDUCTOR TECHNICAL DATA

Complementary Silicon PlásticPower Transistors... designed for use ¡n general purpose ampllfier and switohing appllcations.

• Colleotor-Emitter Saturatlon Voltage —VcE(sat) = 1-2 Vdc (Max) @ IQ = 3.0 Adc

• Colleotor-Emitter Sustaining Voltage —VcEO(sus) = 60 Vdo (Min) —TIP31 A, TIP32A

= 80 Vdc (Min) — TIP31B, TIP32B• = 100 Vdo (Min) — TIP31C, TÍP32C

• riigh Current Gam — Banawidth ProductÍT = 3.0 MHz (Min) @ IG = 500 mAdo

' Compaoi TO-220 AB Package

•MÁXIMUM RATINGS

NPNTIP31A

TIP31B*

TIP31C'PNP

TIP32A

TIP32B*

T1P32C1•Motorola Preferred Davlce

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Collector-Emitter Voltage

Collector-Base Voltage

Emitter-Base Voltage

Collector Current — ContinuousPeak

Base Current

Total Power Dissipation@Tc«253GDerate above25°C

Total Power Dissipation@ TA - 25°CDeratsabove25:1C

Unclamped InduotiveLoad Energy (1)

Operating and Storage JunotlonTemperature Range

Symbol

VCEOVCBVEBic

IBPD

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TIP31A TIP318TIP32A TIP32B

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THERMAL CHARACTERISTICS

Charaoteristic

Thermal Resístanse, Junction to Ambient

Thermal Resistanoe,_Junot¡onto Case

Symbol Max

R9JA | 32.5

R9JC 3.125

Unit

"C/W

'C/W

3 AMPEREPOWER TRANSISTORS

COMPLEMENTARYSILICON

60-80-100 VOLTS40 WATTS

CASE221A-06TO-220 A B

".8 A, L = 20 mH, P.R.F. = 10 Hz, 10 V, RBE - 10° n-

Prelerrea asvices are Motorola recommended cholees for futura use ana best overall valué.

REVI

-3-873

I Max Unit

—

0.30.30.3

200200200

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—50

'1.2

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—

Vdc

Vdc

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T1P31A T1P31B TIP31C T1P32A TIP32B TJP32C

3.125°CAVMAXD CURVES APPLY FOR POWERPULSE TRAINSHOWNREADTIMEATti

2.0 5.0 10t, TIME (ms)

Figure 4. Thermal Response

20 50 100 200 •500 1.0 k

cjcrpü

.==>

10

5.0

2.0

1.0

0.5

02

m

i |1

1

1o

: !

- <j

T(

JRVES AELOWRA

i

>ii1

! '-| ^

ECONDARYBRE.MITED@Tj<1íHERMALUMIT®SINGLE PULSE)ONQINGWIREU3PLYTEDVcEO

!

1

\'\

10 7 \-~ 1«DOWÍT ,o°c —Tc = 25°C

TIP31A,T1P32TIP31B.TIP32T1P31C,TIP32

v ! iíSI K

s\ 1

"-V\1.0

A —R — I1-1

i r^\

-\SIS

s-*

I

rS-

^J

5.0 10 20 50 100VCE, COLLECTOR-EMITTER VOLTAGE P/OLTS)

Figure 5. Active Reglón Safe Opsratlng Área

There are two limitations on the power Kandling ability of atransistor; average junctíon temperature and second break-down. Safe operating área curves Indícate IQ - VCE llmlts ofthe transistor that musí be observed for rellable operation;¡.e., the transistor must not be subjected to greater disslpa-tion than the curves indícate.

The data of Figure 5 is based on Tj(pk) = 150°C; TC isvariable depending on conditions. Second breakdown pulselimits are valld for duty cycles to 10% provlded Tj(p|<)£ 150°C. Tj(pk) may be calculated from the data ín Fig-ure 4. At hlgh case temperatures, thermal limitations will re-duce the power that can be handled to valúes less than thelimitations imposed by second breakdown.

1.0 3.0

0.030.03 0.05 0.07 0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 1.0

lc, COLLECTOR CURRENTIAMP)

Figure 6. Turn-Off Time

2.0 3.0

300

200

100

50.

30

T I NM I I

I Ir i

CjrjTTT

I I TTj = +25°C

I I

X ' II X I

Ccb¡

0,1 0.2 0.3 0.5 1.0 2.0 3.0 5.0 10. Vñ, REVERSE VOLTAGE (VOLTS)

Figure 7. Capacitance

20 30 40

TIP31A T1P31B TIP31C T1P32A T5P32B T1P32C

ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Te = 25*C unless otherwise noted)

Chara ctsristlo Symbol Mln Max Unit

OFF CHARACTERISTICS

Collector-Emitter Sustainlng Voltage (1)(IC - 30 mAdc, IB = 0) TIP31A.T1P32A

TIP31B.TIP32BTIP31C.TIP32C

Collecíor Cutoff Current (VcE » 30 Vdo, IB = 0) TIP31 A, TIP32A(VcE -= 3° Vdo. 13 =. O'i . TIP3HB,T1P31C

T!P328, TIP32C

Colleotor Cutoff Current(VCE - so Vdo, VEB - Q) TipsiA.TiPsaA(VCE - 8° Vdo, VEB - °) TIPSI a, TIP32B(Vce= 100 Vdc.VgQ.O) TIP31C,TIP32C

VcEO(sus)

ICEO

ICES

Emitter Cutoff Current (VBE = 5-° Vdc- 'C = °) ¡ !EBC

6080100

———

—

—

0.30.30.3

200200

— ! 200

—

Vdo

mAdc

pAdo

1.C i mAdc

ON CHARACTERISTICS (1)

DC Current Gain (le » 1.0 Adc, VCE = -t.O Vdc)(le = 3.0 Adc, VCE " d-0 Vdo)

Colleoior-EmltterSaturadon Voltage (Ic =. 3.0 Ado, 13 - 375 mAdc)

Base-Emitter On Voltage (le = 3.0 Ado, VCE = 4-° vdo)

hFE j

VCE(sai) 1

vBE(on) |

25. '0

—

—

i 50

1 1.2

i '-8

i ~

| Vdc

| Vdc

DYNAMIC CHARACTERISTICS

Current-Gain — Bandwidth Product (Je =

Small-Signai Current Gain (le =• 0,5 Ado,

500 mAdc,

VCE- 1° \E =/dc.f =

10 Vdc,

1.0 kHz)'test = 1.0 MHz) ÍT

Ufe

3.0 ! — ! MHz

20 | - I -

(1) Pulse Test Pulse Wldth £ 300 us, Duty Cyole < 2.0%.

'C 'A40 4.0

30 3.0

20 2.0

10 1.0

O O

X

V

O 20 40 60 30 100 120 140 160T,TEMPEHATUHE(=C)

Figure 1. Power Derating

TJRM-OH PULSEAPPRQX

-•:•: V

2.0

•—i '2 i-1 CUTYCYCLc-2.0%T1JRN-CF= PULSE 'P"OX-9.0V

c-a P.C VARIED TC OBTA!'I "ESIREE3 CURREMT LEVÉIS.-•c'j.-D 2. 3witc->-''q Time ícul-.'cisn* Circuit

2. 0.3

0.'

0.070.05

3.03

:)02

¡O-lB-'-o 1

¿¿^©'VcC'SOV f-

1JJJ

003 0.050.070.1 0.3 0.5.0.7 :.!C. CCLLEC7CR CURRENT ÍAMP'

Figura 3. T'Jrn--3n Tims

3.0

- ^

T1P31ATIP31BTIP31CT1P32A71P32B T1P32C

300

£ IDO5 70| 50u8 30

107.05.0

0

i.i

'.2

E? '.0

9 ,,

)HC

Uim

iT¡T

(|iA

) V

,VO

L!A

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C

.J

¿S

<=

P P

P

.=

o

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r-

oí

u

Ou. ..j_-

ó - o-2

-0-3-3

i l i l i l í

•P— •

ii1=»i

•mj —

•~"~i

= 150°

SH* ; -55°C! ' 1 i 1

! 1 !1 1 1, 1 1 11 1 1

— 1 l : l ! i

03 0.05

~ i>2

B=

—

—~"

\

di

53 0.005

"~ VCE

•*-

i

c —

^

í.

1Û^J

' ' " ^^ --JLi •"%

ii I I

' ' t i

iVCE =2.0 v-

xj*fc^ '" ^ 1

>>vp^

17ER

VO

TAS

E (V

OLT

S

.-

r-

fro

oí

c

"f 0.8

§d 0.48

' IG

1\ |

~rn —= 0.3A U

1

\ >

i ¡

T _.....h —

1.0 A _

r ~" •

\_£t

Tj =• 25°C -

,

1 3.0 A _

1 TTy

-L

0.07 0.1 0.3 0.5 0.7 1.0 3.0 1.0 2.0 5.0 10 20 50 100 200 500 1000

IC, COLLECTOR CURREN! (AMP) 1B..BASE CURREN! (itiA)

Figure 3. DC Current Galn Figure 9. Collector Saturatlon Reglón

5 sc

1

rSEJsat)

©IC/IB

4=-T

@IC/IBi

_r

= 10LJ¿ZTJVB

1I

¡ i

r nii

iSP^Pf l i: (S VQE * 2.0 v

0.01 0.020.030.05 0.1 050.3 0.5

IC, COLLECTOR CURREN! (AMPS)

Figure 10. "On" Voltages

= 30 V Ii i

— i 1 —- 1 znar. I

!

! l

i — i— REVERSE

i 1 :

: 1 !-0.3

"T

1

/ i /

/ 'A i

! / ! 1

s * \

' ^ 11 /

ICES -

! 11 1 |; -3,0

! !/ s-i.sL/JA

,¿r\

\, TEMPERATURE COEFFICIENTSl i

l i

i *

-f-1°

1°

r~

.—

P

P

r*

UJ

OO

lO

tJ

i O

O1

CD

4 'A

•• n*

^

lili i i3PUESFORIc/Tj=.-55=CTO

1— 1 — '9VC]l ¡j.

1

1

--i 9y

1 liliB£hF£/2

1 lililili

^RVrjgsat)

3rORVBE *— ;1 1 ! ' I '! —"""1^

ii W

\^"T"'"1

T î [^^^

/

'

1.0 2.03.0 0.0030.005 0.01 0,02 0.05 0.1 050.3 0.5 1.0 2.0 3.0

le, COLLECTOR CURREN! (AMP)

Figure 11. Temperature Coefficlents

ÚJ

_ 1 107^ ^ . , : , : ,

j

/ \ '

i 1

ORWARD — •

i l

l

-0.2 -0.1 0 tO.1 +0.2 -0.3 +0.4 ^0.5- +0

Q

O

30HV1SIS3U

U3.LIH

N3

S io4

a :o3UJ

á '°2.6 c 2

E?1 i '/ 1 ~"~^ 1

ii i

! '— (TYPICAL ICES VALÚES — í 51-'- -r . OETAINED FROM FIGURE '21 :

i 1 i i 1 i

t

0 ¿0 SO 80. '00 120 -0 '50

VoE. BASE-EMITTER VOLTAGE (VOLTS)

Figure 12. Collector Cut-Off Reglón

Tj, JUNCÜOM TEMPEPATURc ;'C)

Figure 13. Hffects of Base-Emitter Resistanca

Optoisolators (cont'd)TTL CompatiblePhototran»i»tora

ECG Typo

•ECG3032

ECG3093

ECG3095

-OutputConfigura tion

Open CollectorNPN Transistor

NPN.SpiitDariington

Dual OpenCollector, NPNTransistors

'Davics-ftating»

•isolatlon

VJ»0

(V)

3000

3000

3000

Pt(mW)

100 •

100

100

4-ED-Max Ftatings

CurrentiF(mA)

'25

20

25

VoltageVR(V)

5

5

5

'Output Rating»

Vcc(V)

15

18

15

"CyrrentTransí er

Hatio% *

'15

400

15

OutputCurrent

• loImA]

8

60

8

Prop*gation

Time(rase]

500'

tpHL 1 «=tPLH 7 VSBC

800

Data

RateMbit/ sao

1

100K

1

.

Ckt.Dlag.

0

P

R

HB.No.

P29

DC Current Transfer Ratio is the output transistor colleotor current divided by the LED forward current - hpg = lc

ECG Type

ECG3090

Output•Configuration

Schmitt Trigger

Total Device Ratings

IsoiationVoltage

VisoSurge [VI

7500

PowerPt (mW)

150

Led Max Ratings

ForwardCurrentIpImAl

•60

ReverseVoltageVR [VI

6

Output Ratings

VeoVoltageRange

IV)

3V to 15V

•OutputVoltageV0(V)

15 max

OutputCurrentlo ImA)

50 max

Turn-OnTimeTon

tuaec]

1.2typ

Turn-O.ffTimeToff

lusec)

1.2 typ

Ckt.Diag.

N

F¡9.No.

P28

Optoisolator Circuits

3.140

...

Diag. A

•ECG r

3040 ANODE ©

3041

3042 CATHODE ©

30433088 ©3096

•^y• Diag."D -

ECG3081

—ANODE© j • . , —

IEMITTER) _ 5. L

CATHODE fT ' L_ 1*^s *.

Diag. G

ECG3046 ANODE ©

•3091•CATHODE ©

©

~Diag.-K - -

'ECG3085. .. ._. JUJODE.©

CATHODE ©

©

Fig. P28

©BASE

© COLLECTOR

5)-EMITTER

-- . . -fig. P27

'") EMITTER

(DETECTOR)

) COLLECTOH

fig. P28

.•

_J

\^}'-

© GATEGATE

. Fig. P28

1

- J) DRAtK

- V) SOURCE

Diag, B

3044 ANODE Q3045

CATHOD£(2^

©

•

-Diag. E . .

ECG3083 ANODE©

3084CATHODE ©

©

4{?Diag. H

ECG

CATHOOE © —*>' ' o

Fig. P28

D¿) COLLECTOR

¿) EMITTER

Rg.P28

7) BASE

?) COLLECTOR

T) EMITTER

FigTP28

MAIN TERMINAL

TRIAC D«IVERJ ^T £ ¿) SUBSTRATE

' l DONOTCONNECT

' ©1 MAIN TERMINAL

Diag. LECG3087 .,«.£

AHOOE (21+) ^

CATHODE (T*(-! ^

NC©

-*Jo

Fig.P29

©VOUT

Diag. C

ECG3082

.ANODE © —^ ^ y J)

Í6MITTER) í V '-»_[

CATHODE© 1 ^k~¿)

Diag. F

ECG3086 • '

CATHOOE ©

CATHOOE ©

ANODE (T

-Diag.'J

ECG3043 ANODE ©3097

CATHODE-©

' NC©

fcc

Fig. P27

COLLECTOR

DETECTOR)

Fig. P29

J) EMITTER

- ?) COLLECTOR

- J) COLLECTOR

- J) EMITTER

- —

..

í . / i

ZERO

CIRCUIT

Diag. M .

ECG3O89

ANODE ©

CATHODE ©^y

- - Fig. P28";

3 MAINTERMINAL

"~v SUBSTRATE5) 00 NOT"^ CONNECT

'T'i MAIN•Zj TERMINAL

- Fig. P28

¿)BASE

¿) COLLECTOR

©1EMITTER

ptoisolators^S3~

f•Jn.

í

Ph«totransi«tors

ECGTyp*

ECG3040

ECG3041

ECG3042

ECG3043

ECG3044

ECG3045

ECG3081

ECG3082

ECG30S3

ECG3084

ECG3086

ECG3220

ECG3088

ECG3089

ECG3096

ECG3098

ECG3221

OutputCorrfíguration

»JPN Transistor

NPN Transistor

NPN Transistor

NPN Transistor

MPN Darlington .

MPN Darlington

NPN Transistor

NPN Darlington

NPN Darlington

NPN Dariington

NPN DualTransistor

NPN DualTransistor

NPN Transistor

NPN Transistor

Low Input OriveNPN Transistor

NPN Transistor

NPN.QuadTransistor

Total Davica Rattngs

IsolationVoltage

VisoSurge IV)

7500

7500

7500

3550

7500

7500

6000

6000

7500

7500

7500

5000

7500

7500

7500

5000

5000

TotalPower

Pt (mW)

250

250

250

260

300

300

250

250

250

250

400

150 •

300

300

300 •

250

150

.DC' Current•Transfer

Ratio% *

20

100

20

70

300

500

20

400

100

200

50'

100

20

20 -

50 @lF 1 mA

100

100

LED Max Katings

ForwardCurrentIF ImAl

80

60

60

60

80

80

60

60

60

60

60

50

' 60

60

60

60

5 0 _ _ _

ReverseVoltageVR (V)

3

6

3

3

3

3

3

3

3

3

3

5

6

-

6.0

5

. 5

Phototranslstor Ratings

Collectorto

BaseVoltage

BVCBO IV)

70

70

70

70

-

-

-

-

55

30

—

—

300

70

70

—

—

Collectorto

EmitterVoltage

BVCEO IV)

30

30

30

80

80

80

30

30

55

30

30

55

300IBVCER)

30

30

55

55

CollectorCurrentle ImAl

3.5 Typ

100 Max

50 Max

50 Max

150 Max

150 Max

100

100

100

100

30

50

100

100

100

50

50

TypFreqKHz

300

150

150

100

75

75

100

75

75

75

200

—

200

200

200

—

—

Ckt.Dlag.

A

A

A

A

B

B

D

C

E

E

F

V

A

M

A

S

W

Rg.No.

P28

P27

P28

P29

P28

P55

P61

' DC.Current Transfer Ratio isthe output transistor collector current divided by the LED forward current - hFE = lc/lF

Photothyristors

-ECG .Type

ECG3046

ECG3047

ECG3048

ECG3O49

ECG3091

ECG3097

OutputConfiguration

SCR

TRIAC

TRIAC

TRIAC w'rth ZeroCrossing Circuit

SCR

TRIAC wrth ZeroCrossing Circu'rt


IsolationVoltage

V¡soSurge (V)

3550

7500

7500

7500

4000

7500

PowerPt ImW)

260

330

330

330

400

300

LED Max Ratings

ForwardCurrentlF ImAl

60

50

50

50

60

50

ReverseVoltageVR IV!

3

3

3

3

6

6

Photothyristor Ratings

VDRM (vi

400

250

400

250

• 400

400

ITRMSImA)

100

100

100

100

300

100

IFTImA)

14

10

10

15

11

15

VF Ion](V)

100 mA

1.3

3.0

3.0

3.0

1.3 at300 mA

3.0

IHOLD(mA)

.5

.1

.1

.1

.5

.2

Ckt.Diag.

G

H

H

J

G

J

Fig.No.

P28

' i r•••"t.

.-¿_- -.

Photo FET

ECG Type

ECG3085

OutputConfiguration

FET


IsoiationVoltage

v¡soSurge IV)

'2500

PowerPt ImW)

300

LED Max Ratings

ForwardCurrentlF ImA)

80

ReverseVoltageVR IV)

6

Photo FET Ratings

Drain to -Source

BreakdownVoltage

BVDSSlV!

±30

DrainCurrent

IDImA)

±100

RDS0nlOhms]

200 -

Ton(usec)

• 15

Tofflusec)

15

Ckt.Diag.

K

Fig.No.

P28

TTL Compatible Photo CoupledLogic Gates

ECGType

ECG3087

ECG3094

OutputConfiguration

Hi Speed OpenCollector, NANDGate

Dual Hi SpeedOpen Collector,NAND Gates


IsolationVohtage

Viso(V)

3000

3000

PowerPt ImW)

100

60

LED Ratings

ForwardCurrent

- iFlmA]

10

15

ReverseVoltageVR (VI

5.0

5.0

Output Ratings

MaxSupplyVoltageVcc (V)

5.0

5.0

OutputCurrentlo ImA)

50

16 PerChannel

PropagatlonDelayTime

Insecs)

75

75

EnableVoltageVE (VI

5.0

—

Ckt.Diag.

L

Q

Rg.No.

P29

K

jl

1-139

OutVmes

,11 I f i !

ÜDt

.I07"(2.7)

1 \)

zQ-SÜ— -020"(-5)[— -4 .07L"U.8) . . . . . '

H&-!

1. ANODE2. CATHODE

, .,„., ,. 3. bMlllfcH^ .059 11.5) 4. COLLECTOR

1-138

Inf rared Detector Diodes

ECG Type

ECG3033

Description

Infrared PINDetector Diode

ReverseVottageVRÍV)

30

Max.Derk

CurrentID (nA)

50

MinUght

CurrentiLlfA)

35

PowerDwsipationPD (mW)

100

BiseTimetr (nS)

50

TypOetection

Angle

65°

Typ. DetectionWsvelength

Inml

900

RB.No.

P54

OutíineFig. P54 ECG3033

Note: Index mark denotes window side.

Opto-Coupléd Interrupter Modules

ECG Type

ECG3100

:£CG3101

ECG3102

ECG3103

ECG3104

ECG3105

Output.Configuration

NPN Transistor

NPN-Darlington

NPN Transistor

NPN Darlington

NPN Transistor

NPN Transistor

TotalPower

Dissipa tionPt (mW)

.250

. .• 250 .

250

250

100

75

LED Max Ratings

ForwardCurrentlF ImA)

60

• ._ -60 . .

60

60

50

50

ReverseVohageVR (V)

6

-....6 . .

6

6

6

• 3

CollectorTo Emitter

VoltageBVCEO (V)

55

... .55-. . .

55

55

35

30

CollectorCurrentle ImA)

100

.- . 400.

100 •

100

20

20

Ckt.Dragram

D

C

D

C

'T

U

Bg.No.

P25

P25 ..

P26

P26

P57

P58

-CircuitsDiag. C

•+

(EMITTER)

./->

. DJag. T

CATHODE (T)

T^rs-'-k_L

h-c

ECG

3101

•TN EMlTTER 3103

(DETECTOR)

4-

ECG

J) COLLECTOR

Diag. D

+

tEMITTER)

Diag. U

ANODE (T]

(EMlTTER)

*

11

^

^

r$

ECG3100

r^\ ^^ 310241 EMlTTER

K — '(DETECTOR)

S -

+

. -_—

ECG"3105

T) EMlTTER

(DETECTOR)

+

1-137

/T

t,

1

1

, ,

3 m

!i

I i

!s-j ^

• 3-sis =-=• 53 —

2 -T • •? -í í =-° r I N n r=

S-N .N •" _ r -

» c c c j? "S? s s • í i» í í • o" o"j 5- S- £ = =- r T • a a

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\\\\

í. í *;• 3

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Case/Style

TO-82Positive Mogattve

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UPositive

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Negativa

1. Ground' 2. Output

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Microwave Nlixer Diodes

Type No.

1N415C

1N415E

1N416C

1N416E

TestFreq.(MHz)

9375

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, 3060

3060

NoiseFigureIdB)

' 9.5

7.5

8.3

7.0

l.F. IMPED.© 30-MHz

(Ohms)

325-475

335-465-

300-700

35CW50

VSWR.Max.Ratio

1.5

1.3

—

i:3

Burn Out(ERGS) -

2.0

2.0

2.0

5.0

RB.No.

Z64

Z64

Z64

Z64

PIN DiodesECG Type

ECG553

ECG555A

DescTÍption and Application

Si. PIN Dlodé, UHF, VHF Switch

Si PIN Diode, Gen Purp & VHF Switch

Max. PowertmW)

200

250

V (BR1 RMin. (Volts)

30

35

IRMax. (nA)

150

100

CTMax. (pf)

2

1.2

LSTyp. (nH)

2.5

—

RAMax. (Ohms)

1.2

0.7

RB.No.

Z4

Z11A

s -s-.. Diode and Rectif ier Outlines

Fiq.ZIA-

ECG58° , ,.SOO»L ,.o--H (7.-6I K- (25.41—

1 MAX. MIN.J |_ ..| 1

"1 .037"l.94l MIN. — 'L.I80"I4.6) MAX.

COLOR BAÑO INDICATES CATHOOE END

Fig.Z4 DO-35

"^2 , — 022"1.56) f. — .200"(5,06)177 I -MAX. DÍA. jj 1 MAX.

^3 .090'(2.29)-3~ 1— 1.000"(25,41— 1•*" MAX. DÍA. ' MIN.583

584 COLOR BAND DENOTES CATHODE

600

Rg. Z6A - ~- -00=27-

ECGr*ír nn"r"i ni ' -t *•

569 "'"• ,576 . \,

__ T U "-.05Z-II.JO)-579 • - - - U.Z50 (6.35) MAX. - «AX.586 COLOR BAND DENOTES CATHODE

588

Eg.ZTlA ' .:.". . ..." .

ECG555A

- — ^22"(.S5L . , , .-12Q'M3.041

i j I *1 MAX-T — n 1

i LJE — =U¡j (i ti 1

T + I 1" (25.4)_J.063" (1.6) <~^ MIN.

MAX.COLOR BAND DENOTES CATHODE

Rg. Z2 D07ECGino. BOTH LEAOS .02I"(.5J)

1WMP r^^"' .o^se,

o AX'D1A'"MIÑ.(2LEADSr*M- "~

"(COLOR BAND DENOTES CATHODE)

Fig. Z5

.-ECG178MP.- _^.... . - . . - . .

r.02l"(.53) , H •— -300"(7.62)| MAX. DÍA. ^— U— .1

.I05'12.67)-' i— 1.000"(25.4) — -•MAX. DÍA. MIt;.

(COLOR BAND DENOTES CATHODE)

•Fig:Z7' -— - —

ECG

S? r-MS;i-S" .20"15,MAX.-^

n x ^ \ 1 1 — —! .9B"(2S) l_.3e'lL.98"(25)— J L.I7"K.Z)

" " r~^ MIN. 1 [ 7 ) 1 MIN. 1 MAX.

F¡g._Z12 PCG114CUtó l IS f-.S7B"lK.68l i

SERIES CONNECTED '1 • "AX. ,

• • - - , - • / ' ' ' " i"-101

.-,>. — ,nc- ^ ' I.S25'EL.G115 , . . MU2ai

COMMON AHODE ^>

y) °J iiSS]

Fig.ZS DO-41

ECGnft19C f-UO"(2T.94l— T-ási-l rÍ2MD'A-^ rMW2uWT«AX. J.J ?. 4aB6)D|A. .. .552 1 rp:: — t j558 | LULJ-, ,

585 COUW BAND DENOTES CATHODE

587

Fig. Z6

ECG .-,. - . . . • . . . - . . . . .1CR |—I.OO"E5.4)— •- ^.3BO"[9.65)130 MIN. | , MAX.

506 ! i ; .OM"(.B6)i T? l n — r MAX-

.2IO"(5.33)MAX.-'

COLOR BAND DENOTES CATHODE '

•Rg.-ZS • • • • --

ECG515

u 1.63" w „ 1,4" ..f (41.5) ^ f 135)

' , nr-*-'^ -^._1j U-Q.32"(8)DIA.

H 4-0.34"(8.5)

'•?••'••'•%'

.=cr"

1-97

j>iodes and Bectifíers (Generar Purpose)

•ECG Type

ECG109

ECG110A

ECG110MP

ECG112

ECG113A

ECG114

ECG115

ECGiieECGn7A5*í;

b£ECG320

ECG12S -

ECG156

ECGT77

ECG178MP

ECG506 ,

ECG507

ECG515'---

ECG519

ECG525

ECG551 f"\T

ECG552 ' -

ECG558

ECG569

ECG576

ECG577

ECG578

_ECG57S

ECG580

ECG581

ECG582

Dsseription

en Purp

en Purp

Matched Diode Pair

UHF Mixer (Schottky)

Common Cathode3ual Diode, Center'ap, TV Horiz

Series Dual Diodes,TV Horiz

Common Anode,Dual Diode, TV HorizAFC

Gen Purp Rect

GBfrtPu^Wecífpí; §.|tóetalseató^ tlHl

Color TV Convg Rect

Gen Purp Rect

Gen Purp Rect

Fast Sw, Det, etc.

vlatched Diode-Patr,AFC, AFT, etc.

Sw, Fast Recovery,Bst .Damper, Blanking

Gen Purp Rect,Gating, Centering

SwpFastiRecoverV.,SCR Defl Clamp

Fast Sw Diode

Sw,' Fast Recovery,Qamper

Sárpec^stótal base!!

Gen -Purp -Rect,Fast Recovery

Gen Purp Rect,Fast Recovery, HV

Fast Sw, SoftRecovery

Sw, Ultra FastRecovery

Sw, Fast Recovery,HV

Schottky Barrier Rect

Schottky Barrier Rect

Gen Purp Rect,Fast Recovery

Gen Purp Rect,Fast Recovery

TV Damper

Ge

Ge

Ge

Si

Si

Se

Se

Si

SI«J

Se

Si

Si

Si

Si

Si

-Si

,-Si

Si

Si

2SÍ*l

.Si

Si

Si

"Si

Si

S'

S'

S"

S

S

-PeakRevemeVoltageRV Max V

00

40

30

00

0

0

600

800

8

000

1000

200

50 -

1400

50

800.... . _.

100 (BRV)

2000

1B0Q

IUJSOO.. _.

1500

600

400

1000

so-so600

400

6000

AverageRectifladForwardCurre nt10 Max

00 mA50 mA

5 mAt60°C

25 mA

:5A-

min 1.1 mA

min 1.1 mA

A

.5 A

65 mA

2.5 A at25°C LeadTemp •

3 A

160 mA

75 mA

2A

250 mA -

.3 A

200 mA

1 A • .-

1 A

1 A

1 A

3 A .

•5- A

5A

1-A.

3 A

3-A- - -

8A

300 mA

ForwardCurrent

RepfltltivePaak

FRM M«

—

50 mA

—

—

—

—

—

—

—

250 mA

100 mA

3.5 A

—

9 A_ _

450 mA

—

—

~

—

100 A

150 -A

200 A '

50 A

150 A

SingleSurge100 A

SingleSurge150 A

SingleSurge100 A.

'Reverw•flecovery

Timetrr

—

—

—

"

—

—

—

-T .. .

50 ns

—

500 ns

SHS

1.3 ¡es

4ns

500 ns(Fwd Rec)

If*

200 ns

250 ns

200 ns

35 ns

70 ns

—

—250 ns

200 ns

300 ns

ForwardVoltsge

OropMax Vp

—

—

.5 at 60 mA

Q.95 V . .at 1 A

—

0.8 .Vat 1 A

0.9 V

—

0.8 V at 1 A

1.1 V at1.5 A

1 .0 V at100 mA

1.0 Vat5mA

1.0 Vat 1 A

1.0 V at 1 A

1.3 V at4 A

1.0 Vat10 mA

2 V at 2 A

1.5 Vat 2 A

1.5 V at250 mA

1.2

1.1 V

1.25 Vat5 A

1.7 Vat 5 A

.8 V at 1 A

.8 V at 3 A

I.SV.at3 A

1.2 V at3A

8.0 V at100 mA

T

AFC

•

•

•

•

'

•

._

- • • -

--.

- -

T

FastSw

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

«

•

•

•

•

•

GenPurp

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

_ •

*

•

•

•

FastRBCOVBFY

« '

•

•

•

-»

•

•

• -•

•

* —• '

•

•

«

•F\B.No.

22

72

72

24

Z15

212

Z12

Z3

Z10

Z17

Z3

26

Z4

Z5 -

Z6

Z6

Z8

24

Z6A

29

•za-

za

Z6A

Z6A

Z6A

~Z3~•Z6A-

21 A

Z41A

Z17

ANEXO B

MODULO DE CONTROL Y BOTONES DE MANDO

Módulo de control, ¡mplementado con tarjetas MCPD51

Módulo del circuito de potencia

Botones de mando

Vista del equipo construido

ANEXO C

CARACTERÍSTICAS DE LA TARJETA MCPD51

Las características técnicas más relevantes del Sistema de Desarrollo para losMicrocontroladores Intel MCS-51 "MICROLAB 51", son las que se detallan a continuación:

2.1 .- TARJETA MCPD51, MÓDULO CENTRAL DE PROCESAMIENTO DIGITAL

CPU central:

_Compatible con los microcontroladores Intel 18051,18751 y 8031. El equipo seprovee con un controlador 8751H' grabe ido en mi EPROM u| programaMONITOR.

Reloj del sistema:-

Con cristal de cuarzo de 7.37213 Mliz, i ',

Conversión y resolución;

Conversar de entrada analógloa/digllal (O u !JV] i un ruiio|i|t.-|i'i|i clcí 11 Lilis,Conversar de sc|llda diglial/andlóglcn (í) ci IjV y U ¡| liV] on|i |i:i!iu|i|i Ion de 8bits.

Memoria:

Interface:

Pórticos:

Conectares:

Memoria RAM c|e 2 Kbyias,

Interfaz serial de norma EIA-RÜ-232C: pafq liannln! uncía de ki Informaciónhacia el computador.

Un pórtico digital de 8 bus bicjirecclonol,Dos pórticos digitales de 8 bikde sállela.Pórtico digital de 8 bits de enlrada,Pórtico digital de entrada de 8 bits con opción paiq.un djpawllc.'h en la tárjela.

Pórtico digital de entrada de 8 bits, cori opción puta gañera!" Interrupciónexterna.

Seis conectares para enlraclq y salida du dulas,

2.2.- TARJETA D1SPLAY51, MÓDULO DE INDICACIÓN Y TECt 4|)O.

Esta tarjeta ha sido concebida para ofrecni las furiclenon m¿\& cocnunua que parmlten lacomunicación entre un sistema digital mlcroprocesado y oí U

Incluye elementos de visuallxaclón y preswntación de» inlorrndclón, de encuerdo con elsiguiente detalle:

Manual de uso y operación Pag. 3

Le tabla No. 2 muestra la manera cíe configurar la tarjeta en función del tipo de mlcro-conlrolador y de la disposición de la memoria cíe pvograma.

INTEL MCS-

8051 ó 875 -I

8051 r 3751

8051 ó 8751

8031

S

JUMPERS

JP3 = "ON"JP2 = "OFF"JP1 = "RAM"JPó = "RAM"

JP3 = "OFF"JP2 = "ON"JP1 = "EPROM"JPó = "EPROM"

JP3 = "OFF"JP2 = "ON"JP1 = "EPROM"JPó conectado a"I NT" de JP3,

JP3 = "OFF"JP2 = "ON"JP1 = "EPROM"JPó = "EPROM"

U 14

RAM 2 Kb(61 10)

EPROM A Kb(2732)

RAM 2Kb(61 10)

EPROM A Kb(2732)

DESCRIPCIÓN

El micro ujtsculo oí pro-grama rosidenle en su ROMInlerna. U1¿| puede alojaruna memoria RAM o no serutilizado.

El micro ejecula el pro-grama residenle en laEPROM externa colocada enU14.

El micro ejecula el pro-grama residente en la RAMexterna colocada en U14.

El micro ejecula el pro-grama residenle en laEPROM externa colocada enU14.

Tabla No. 2

Por otro lado, la tarjeta puede utilizarse como un sistema de desarrollo y depuración deprogramas de aplicación que se pueden descargar a través del puerlo serial, desde uncomputador personal hacia la memoria RAM de la tarjeta. Luego, se recorifigura la tarjetapara que ejecute el programa residente en RAM. De esta manera se águila la realizaciónde pruebas de operación sin necesidad de borrar y reprogramar EPROMS.

MAPA DE MEMORIA:

Los microcontroladores Intel de la familia MCS-51 tienen posibilidad de direcclonar 64Klocalidades externas a través del bus de direcciones cíe 16 bus, En la larjela MCPD51 se haincluido toda la circuitería que se requiere parq direcdonar Independionleí nenio a 8 dispo-sitivos de entrada y 8 dispositivos de salida, dividiendo los ó/lK cjn páginas cíe 8K. Las líneasdecodificadas para habilitación de dispositivos de entrada (lectura) se denominan SELINO aSELIN7, Las líneas para habilitación de disponitivos cíe salida (escriluia). se clonominanSELOUTO a SELOUT7.

Para la decodificación del bus de direcciones y la correspondlonle división en páginas de8K, se han utilizado los tres bits más significativos A15, MA y A13 los cuales, un combinacióncon las señales READy WRITE del micro, deieirninan la activación de la correspondiente señalde habilitación,

Por ejemplo, si A15, MA y A13 tienen el valor OL, cuando el micro ejecuta una inslrucción de

Tárjela MCPD51 Pag. 3

ia en memoria esterna (MOVX @DPTR. A], la línea que se habilitará será SELOUTO. Siel micro ejecuta una instrucción de leclura de memoria exlerna (MOVX A.@DPTR). la líneaque se habilitará será SEL1NO.

De las 8 líneas de habilitación de entrada y 8 de salida existentes, varias eslán ullllzadaspara los póriicos de entrado, salida, conversar A/D y otros recursos disponibles en la tarjeta.Las restantes están accesihios pora el usuario a Ircivés del conecto! H4.

La tabla No. 3 muestra la distribución de mernoiia y las lineas disponibles para el usuario.

DIRECCK..-;iES

OOOOH-'IFFFH

2000H-7FFFH

4000H-5FFFH

6000H-7FFFH

8000H-8FFFH

AOOOH-BFFFH

COOOH-DFFFH

EOOOH-FFFFH

HABILITACIÓN

SELINO/SELOUTO

SELIN-1/SELOUT1

SELIN2/SELOUT2

SELIN3/5ELOUT3

SELIN4/SELOUT4

SELIN5/SELOUT5

SEL1N6/SELOUT6

SELIN7/SELOUT7

DISPOSITIVO DEENTRADA (LEC-

TURA)

Pórl.!jWO-SW7

Pórt.EXT-INTO a EXT-INT7

Pói1.INPO-INP7

Conv, A/D.

MEMORIA RAM

DISPONIBLE

DISPONIBLE

DISPONIBLE

DISPOSITIVO DESALIDA (ESCRITURA)

Pó[I.OUrO-OUT7

Pórl.OUTB-OUTIG

Conv. D/A,

DISPONIBLE

MEMORIA RAM

DISPONIBLE

DISPONIBLE

DISPONIBIF.

Tabla Na. 3

DISTRIBUCIÓN DE COMPONENTES DE LA TARJETA:

En la figura 2, se puede apreciar la distribución de los componentes en la tarjeta MCPD51.

DISTRIBUCIÓN DE SEÑALES EN LOS CONECTORES:

La tarjeta tiene seis conectares (H1 a H6) a través de los cuales entrega y recibe señales ydatos. Prácticamente en todos los conectares so tiene acceso a las fuentes principales depolarización del circuito lógico a través de los pines VCC y VSS,

Existe un conectar especial denominado "CON1" que sirve para coneclar la tárjela con lafuente de polarización principal, los puntos de contacto del conectar son los que se ilustrana continuación;

Tarjóla MCPD51 Pag, A

vcc =vss =

v+ =v- =

+ 5 V;0 V,

+ 12 V;- 12 V,

CONECTOR H-í;

P-I7..P10:EXINTO:EXINT'l:TO:TI:

Pórlic-o P1 Jel microconlrolodor (8 bus bldireccional).Acceso o la interrupción externa O del micro.Acceso a la interrupción extorna 1 del micro.Entrada al iimer/counter O del micro.Entrada al timer/counter 1 del micro.

CONECTOR H2:

SW7..SWO; Pórüco digital de entrada d£j 8 bit:;.OITM5..OUT8: Pórtico digital de salida de 8 bits,

CONECTOR H3:

El conector H3 permite el acceso direclo hada el rnicroconirolador: el bus do dalos, el busde direcciones y todas las señales de control: ALf:, READ, WRITE, F'SfrN.

D7..DO; Bus de datos del micro,A'I5.,AO: Bus de direcciones del micro.TO: Entrada al timer/counler O r|el micro,T'l: Entrada al timer/counler 1 del micro.EXRST: Entrada para ingreso de señal de reset exierno.EXINTO: Acceso a la Interrupción exlerna O del micro.EXINT1: Acceso a la interrupción exlerna 1 del micro.

CONECTOR H4:

SELIN5A7:SELOUT3,5.ó,7:RXD:

TXD:

RXIN:

TXOUT:

IOPWM:

Señales de habilitación para disposiüvos'exlernos de entrada (lectura).Señales de habilitación para disposillvos externos cíe salida (escritura).Línea de recepción para comunicación sedal del rnicrocontrolador(niveles TTL).Línea de transmisión para comunicación sorlal del rnicrocontrolador(niveles TTL).

Línea de recepción serial RS232 (ooneclor DBQ) de la tárjela (niveles de voltaje±12V),

Línea de transmisión serial RS232 (coru-jctor DB9) cíe leí tarjóla (nivelesde voltaje ±/ l£V).Señal de salida correspondiente al cornplernenlo lógico dol pin TO delrnicrocontrolador y en niveles lógicos+ -12V,Señal de salida correspondiente al complemento lógico del pin T'l delrnicrocontrolador y en nivele:; lógicos

!v1CPD51 Pag. 5

CONECTOR H5:

OUT7..OUTO:OUH5..OUT8:VCCX:

i-órtico digital de¡Vütioo rligllnl c\ci ::''-ada extérne-

la de 8 bits.•. ¡-i de 8 bus.

. ¡ polarización de U14,

COHECTOii H6:

EXT-1NT7.,EXHNTO:

INP7..INPO:

AN-OUT:RFB:

Pórlico digital de enlrado de 8 bus con opción a generar Interrupciónexterna O en el rniciocontrolador.Pórtico digital de enlrada de 8 bits con opción de colocar un dip-switch 8 en la tárjela.Salida analógica (O a +5V) proveniente del conversar D/A (DAC0830).Salida analógica (O a -5V) correspondiente a la señal invertida queviene del conversar D/A.

AN-IN: Entrada analógica (O a +5V) hacia oí conversar A/D (ADC0804),

I.KTD51 Pag. ó

ANEXO D

PROGRAMA DE CONTROL

*

***

*

********

LCDSWLEDSADCDATODATOANTPULSOSRESTARES TAIRESULTREGRESPALDOLOCMEM

ORGLJMPORGLJMPORGLJMP

INICIO:

.*******

PROGRAMA PARA EL CONTROL DEL EMBRAGUEDE UN VEHÍCULO

TESIS DE GRADO: CAIZA RAMIROMONTENEGRO PATRICIO

***************************************

EQU • OAOOOHEQU 2000HEQU OOOOHEQU . 6000HEQU 78HEQU 77HEQU 76HEQU 75HEQU 74HEQU 73HEQU 72H

EQU 71HEQU 7 OH

OOOOHINICIO0003HEXTERO0013HEXTER1

MOV SP,#30HCLR 9HCLR Pl . 0CLR Pl.lCLR OHCLR 1HSETB EASETB ITOSETB IT1SETB EXOSETB EX1***************************************

Ir ******

*

•J:

*

*

*

;IDENTIFICACIÓN DEL TIPO DE RESET. * ***************************************** ********** **.j..j.,>..n

CLRMOVANLCJNESETBSJMP

REGISTROS:SETBCLRCLR

P1.Í3

A,P1A,#80HA,#8OH,REGISTROSP1.6LECTURA

P1.6CA

;LECTURA DE LOS FINALES DE CARRERAt * * **•**••

3HDPTR,#SWA,@DPTR3HA,f03HA,#01H,RETORNOPP

Pl.l

SETBMOVMOVXSETBANLCJNESJMP

RETORNO:SETB

RETORN01:JBCLRSJMP

3H,RETORN01Pl.lPP

;ASEGURA EL APAGADO DE Pl.l AL VOLVER DE LA;INTERRUPCIÓN

PP:CLRMOVMOVXMOV

SALTO:

ADPTR,#LEDS@DPTR,ARO,#LOCMEM

MOV @RO,AINC ROCJNE RO,#8OH,SALTOCLR 2HCLR 3HCLR OAHMOV R3,#OOHMOV R4,fOOHMOV R5,#OOH

I

/LECTURA DEL CONVERSOR A/D DEL EMBRAGUE

-k * •i- •>• * * 4r* -i- *

LECTURA:

DIF:

SETBSETBMOVMOVMOVMOVXJBJBSJMP

MOVCLRSUBBJCSJMP

CORRECCIÓN:CLRCPLADD

9HP1.5RESULT,#OOHTLO,#OOHDPTR,#ADCA,@DPTROH,DIF1H,DIFIsTUEVO

RESPALDO,ACA,REGCORRECCIÓNCOMPARA

CAA,f01H

SJMP COMPARACOMPARA:

ERROR:

NUEVO:

VOLVER:

SIGA:

SENPOS:

CJNEMOVSJMP

JCMOVSJMP .

CLRCLRMOVSWAPANLRRANLRRMOVANLMOVCLRSUBEJCCJNEMOVCJNECLRSJMP

A,#09H,ERRORA, RESPALDONUEVO

VOLVERA, RESPALDONUEVO

OH1HREG,AAA,#OFHAA,#OFHARESULT, AA, fOFHDATO, ACA,DATOANTSENNEGA,#OOH,SIGAA, RESULTA, £83H, VOLVERASIGA

CLRMOVINCMOVMOVINCMOVMOVSJMP

CONTINUÉ:

LJMP LECTURA

MOV RESTA,ASJMP SENPOS

SETB OHSETB 2HCLR Pl.1MOV A,DATOCJNE A,Í03H,CONTINUÉMOV A,RESULTSUBB A,DATOCJNE A,fOOH,OTRORANGOSJMP CONTINUÉOTRORANGO:

CA,RESTAARESTA,AA,DATOADATO,ARESULT,#0OHCONTINUÉ

PULSOS,RESTA .R3,#OOHPl.O"

2H,ENVIO1CP1.5

LECTURA

RESTA1,AA,RESULTA,#83H,CONTINUE1LECTURA

1H3HPl.OCA, RESTAIAA,#01HRESTA,APULSOS,RESTACR3,#OOHPl.l

3H,ENVI02CP1.5

MOVMOVSETB

ENVI01:JBCLRCLRNOPNOP 'NOPLJMP

SENNEG:MOVMOVCJNELJMP

CONTINUÉ1:SETBSETB'CLRCLRMOVCPLADDMOVMOVCLRMOVSETB

ENVI02:JBCLRCLRNOPNOPNOPNOPLJMP

. *,;INTERRUPCIÓN! PARA LA RECOLECCIÓN DE PULSOS Y ENCENDIDO/APAGADO DE LEDS

EXTER1:PUSH ACCPUSH DPHPUSH DPLJNB 9H,SALIP,1JB OH,POSITJB 1H,NEGATLJMP SALIR1

MOV A, R3INC ACJNE A,PULSOS,LLENARCLR Pl.OMOV DATOANT,DATO

LECTURA

POSIT:

NEGAT :

SALIR1:

CLRLLENAR:MOVMOVMOVSETBRLCMOVMOVX .SJMP

MOVINCCJNECLRNOPNOPSETBLCALLCLRMOVCLRVACIAR:MOVMOVMOVCLRRRCMOVMOVX

POPPOPPOPRETÍ

4-4-4-4-4-4--t4-

;INTERRUPCIONO/

EXTERO :PUSHPUSHPUSHJNBMOVMOVXANLCJNECLRNOPNOPSETBLCALLCLRMOVMOV

2H

R3 , A •DPTR,#LEDSA, R4CAR4 , A@DPTR,ASALIR1

A,R3AA, PULSOS .VACIARPl.l

Pl.ORET EMB2Pl.ODATOANT,DATO3H

R3,ADPTR, # LEDSA,R4CAR4 , A@DPTR,A

DPLDPHACC

^,,^,^.^..^.^.^^.^,^.^,^.^,^.^.^^,^^4..^.^^^.^.^,^..

PARA LOS FINALES DE CARRERAÍ****4-^*St^*^-i--i--i--i'-i--i--±'-i--i'-t'i--i:-ír-A--i--

ACCDPHDPL8H,SALIRODPTR, #SWA, 0DPTRA,#03HA,#01H,SEGUIR1Pl.l

Pl.ORET EMB2Pl.OR4,#OOHDATOANT,#OOH

MOV. MOVMOVXCLRSJMP

SEGUÍ Rl:CJNECLRNOPNOPSETBLCALLCLRMOVMOVMOVMOVMOVXCLR

SALIRO :POPPOPPOPRETÍ

f

DPTR, #LEDSA,#OOH@DPTR,A3HSALIRO

A, #Ü2H, SALIROPl.O

Pl.lRET EMB2Pl.lR4,#04HDATOANT,#04HDPTR, #LEDSA,#OFH@DPTR,A2H

DPLDPHACC

i ******* *•*• ± + •* * *

; RE TARDO DE TIEMPO. * ***•*•******•**•r

RET EMB2:MOV

LAZOS:MOVDJNZDJNZRET

J; + -i--t'l-i-*-t-Jr-Ht**4-*

R6,#18H

R7,#OFFHR7,$R6,LAZO3

END

•k

*

4-

*

* + -i- -i- +

LCD1SWADCADC2LEDSLEDS2DATO

PROGRAMA PARA EL CONTROL DEL

^4;4-

ACELERADOR Y' FRENO DE UN VEHÍCULO *j.

TESIS DE GRADO:

4. -I- * •>• -k 4- * 4-4: * * -i- 4r * * * 4; -í 4

EQU OAOOOHEQU ' 2000HEQU 6000HEQU OOOOHEQU ' OOOOHEQU 2000HEQU 7FH

CAIZA RAMIROMONTENEGRO PATRICIO

4r 4- 4r 4- 4- 4- * * 4- 4- 4: 4- 4- 4: 4- 4- 4: 4- 4- 4- 4- * 4- 4- 4-

4-

4-

f-4-4;

DATOAI^T EQU 7EHPULSOS EQU 7DHRESTA EQU 7CHRESTAI EQU 7BHRESULT EQU 7AHREG EQU 79HDATO2 EQU 78HDATOANT2 EQU 77HPULSOS2 EQU 76HRESTA2 EQU 75HRESTA3 EQU 74HRESULT2 EQU 73HREG2 EQU 72HRESPALDO EQU 71HRESPALD02 EQU 7OH

ORGLOMPORGLOMPORGLJMP

OOOOHINICIO0003HEXTERO0013HEXTER1

INICIO:MOVCLRCLRCLRCLRCLRCLRCLRCLRCLRCLRCLRCLRSETBSETBSETBSETB

SP,#30H9HPl.OPl.lP1.2P1.3OH1H2H3HOAHOBH9HEAITOIT1EX O

;DESHABÍLITACIÓN DEL CIRCUITO DE POTENCIA;PARA EL MOTOR DEL ACELERADORFDESHABILITACION DEL CIRCUITO DE POTENCIArPARA EL MOTOR DEL FRENO

*

SETB. ****í

:'IDENTIFICACIÓNt* ***

CLRMOVANLCJNESETBSJMP

REGISTROS:SETBCLRCLRi-****

;LECTURA DE LOS

EX1***j

DEL TIPO DE RESET************************

P1.6A,F1A,#80HA,f80H,REGISTROSP1.6LECTURA

P1.6CA

-******

FINALES DE CARRERA

f*********

SETBMOVMOVXSETBANLCJNESJMP

RETORNOl:SETB

RETORNOl1:JBCLR

FC_FRENO:MOVMOVXSETBANLCJNESJMP

RETORN02:SETB

RETORN022:JBCLR

PP:CLRMOVMOVXMOVSALTO:MOVINCCJNECLRCLRCLRCLRCLR

9HDPTR,#SWA,gDFTR6HA,f03HA,#01H,RETORNOlFC_FRENO

Pl.l

6H,RETORNOl1Pl.l

DPTR,#SWA,@DPTR8HA,fOCH 'A,#04H,RETORN02PP

P1.3

8H,RETORNO22P1.3

ADPTR,#LEDSSDPTR/ARO,#RESPALD02

@RO,ARORO,#80H,SALTO4H5H6H7H8H

MOVMOVMOV

R3,#OOHR4,#OOHR5,fÓOH

;.SE LIMPIAN LOS REGISTROS

•***•>?*•***•*•*****•

/LECTURA DEL CONVERSOR A/D DEL ACELERADOR/

LECTURACLRCLRSETBMOVMOVXCLRMOVSUBEJCSJMP

2H3HP1.5DPTR, #ADCA, @DPTRCRESPALDO, AA,REGCORRECCIÓNCOMPARA

/ARRANCA EL WDT/LECTURA DEL CONVERSOR A/D DEL ACELERADOR

/ELIMINACIÓN DE LAS VARIACIONES EN EL/CONVERSOR A/D

CORRECCIÓN:

COMPARA

ERROR:

NUEVO:

VOLVER:

CLRCPLADDSJMP:CJNEMOVSJMP

CLRCLRJCMOVSJMP

CLRCLRMOVSWAPANLRRANLMOVCLRSUBEJCCJNE

CLRNOPNOPNOPLJMP

CAA,#01HCOMPARA

A,#09H,ERRORA, RESPALDONUEVO

OH1HVOLVERA, RESPALDONUEVO

OH1HREG,AAA,#OFHAA,#OFHDATO, ACA, DATOANTSENNEGA,#OOH,SIGA

P1.5

LECTURA2

/SE CAMBIA EL FORMATO, PUES EL RESULTADO/ESTA EN COMPLEMENTO DE 2

/LOS DATOS VALIDOS SON LOS QUE VARÍAN MAS 9H/RESPECTO DE LA LECTURA ANTERIOR

/CHEQUEO PARA SABER SI LA DIFERENCIA ENTRE LA/NUEVA LECTURA Y LA ANTERIOR ES MAYOR A 09H

/SE LIMPIA LA BANDERA DE GIRO POSITIVO/SE LIMPIA LA BANDERA DE GIRO NEGATIVO/SE GUARDA EL DATO CON EL QUE SE TRABAJA/INSTRUCCIONES PARA REALIZAR LAS DIVISIONES/NECESARIAS PAPA CONSEGUIR DIVIDIR LAS 256/LECTURAS DIFERENTES QUE ENTREGA EL uC EN/OCHO INTERVALOS VALIDOS

/SE DETERMINA LA NUEVA SE¥AL DE REFERENCIA/COMO LA DIFERENCIA ENTRE EL NUEVO INTERVALO/CALCULADO Y EL ANTERIOR

/SE DESHABILITA EL WDT

/SALTO A LA LECTURA DEL CONVERSOR A/D DEL FRESIGA:

MOV RESTA,A /SE GUARDA EL VALOR DE LA NUEVA REFERENCIA PARA

SJMP 3ENPOS ;EL GIRO POSITIVOSENPOE

ENVIO1:

SENNEG:

ENVIO2:

SETBSSTBCLP.MOVMOVSETB

JEi— r Dv^.i_tÁl

CLRNOPNOPNOPNOPNOPLJMP

MOVSETBSETBCLRCLRMOVCPLADDMOVMOVCLRMOVSETB

JBCLRCLRNOPNOPNOPNOPLJMP

OH5HPl.lPULSOS, RESTAR3,#ÜOHPl-0

5H/ENVIO1CP1.5

LECTURA2

RESTA1.A1H6HPl.OQ

A,RESTA1AA,#01HRESTA, A

/ACTIVACIÓN DE LA BANDERA 0/ACTIVACIÓN DE LA BANDERA 5

,-SEVAL DE REFERENCIA PARA EL CONTROL/SE LIMÍIA EL CONTADOR DE PULSOS/ACTIVACIÓN DEL PUENTE EN SENTIDO POSITIVO

/BANDERA PARA ESPERAR TODOS LOS PULSOS/LIMPIA EL CARRY/SE DESHABILITA EL WDT

/VALOR DE LA NUEVA REF. EN COMPLEMEN. DE 2/ACTIVACIÓN DE LA BANDERA PARA EL GIRO NEG./ACTIVACIÓN DE LA BANDERA PARA EL GIRO NEG,

/SE CAMBIA EL FORMATO, PUES RESTA1 ESTA EN/COMPLEMENTO DE 2/SE GUARDA EL VALOR DE LA REFERENCIA EN EL

PULSOS, RESTA /FORMATO CORRECTOCR3,#OOHPl.l

6H,ENVI02CP1.5

LECTURA2

/SE LIMPIA EL CONTADOR DE PULSOS/ACTIVACIÓN DEL PUENTE EN EL SENTIDO NEGATIVO

/BANDERA PARA ESPERAR TODOS LOS PULSOS/LIMPIA EL CARRY/SE DESHABILITA EL WDT

-* ***************** 4-* *4- ***** * * * -í- * * * * * i * * *

/LECTURA DEL CONVERSOR A/D DEL FRENO- ************************•:r

LECTURA2:CLRCLRSETBMOVMOVMOVXMOVCLRSUBB

OH1HP1.5RESULT2,#OOHDPTR, tADC2A, 0DPTRRESPALDO2,ACA,REG2

I-**** ****** -A- ***********************•;

SE LIMPIA LA BANDERA DE GIRO POSITIVOSE LIMPIA LA BANDERA DE GIRO NEGATIVOHABILITACIÓN DEL WDT/SE LIMPIA EL REGISTRO RESULT2

/MEDIANTE SOFTWARE SE ELIMINAN LAS/VARIACIONES QUE SE PRODUCEN EN EL CONVERSOR/A/D QUE ALTERAN EL FUNCIONAMIENTO

JC• SJMP

CORRECCION2 :CLRCPLADDSJMP

COMPARA2 :CJNE •MOVSJMP

ERROR2:CLRCLRJCMOVSJMP

NUEVO2 :CLRCLRMOVSWAPANLRRANLRRMOVANLMOVCLRSUBEJCCJNEMOVCJNECLRSJMP

VOLVER2 :CLRNOPNOPNOPLJMP

SIGA2:MOVSJMP

SEHPOS2:SETBSETBCLRMOVCJNEMOVSUBBCJNE

CORRECCION2COMPARA2

C ;SE CAMBIA EL FORMATO, PUES EL RESULTADOA ;SE TIENE EN COMPLEMENO DE 2A,#01HCOMPARA2

A,#09H,ERROR2 ; LOS DATOS VALIDOS SON LOS QUE VARÍAN MAS DEA/RESPALD02 ; 9H RESPECTO DEL DATO ANTERIORNUEV02

2H3HVOLVER2 ; CHEQUEO PARA SABER SI LA DIFERENCIA ENTRE LAA/RESPALD02 ; NUEVA LECTRA Y LA ANTERIOR ES MAYOR A 09HNUEV02

2H ;SE LIMPIA LA BANDERA DE GIRO POSITIVO3H ;SE LIMPIA LA BANDERA DE GIRO NEGATIVOREG2,A ;SE GUARDA EL DATO CON EL QUE SE TRABAJAA ; INSTRUCCIONES PARA REALIZAR LAS DIVISIONESA, #OFH .-NECESARIAS PARA CONSEGUIR DIVIDIR LAS 256A ; LECTURAS DIFERENTES QUE ENTREGA EL uC ENA,#OFH ; CINCO INTERVALOS VALIDOSARESULT2 , AA,fOFHDATO2,A ;EN DAT02 SE GUARDA LA SE¥AL DE REFERENCIACA,DATOANT2 ;SE DETERMINA SI EXISTE CAMBIO ENTRE LA NUEVA •SENNEG2 ;SE¥AL DE REFERENCIA Y LA ANTERIORA,#OOH/SIGA2A, RESULT2A,#83H,VOLVER2ASIGA2

P1.5 ;SE DESHABÍ ITA EL WDT

LECTURA ; SALTO A LA LECTURA DEL CONVERSOR A/D DEL ACELE

RESTA2,A ;SE GUARDA EL VALOR DE LA NUEVA REFERENCIASENPOS2 ;PARA EL GIRO POSITIVO

2H7HP1.3A,DAT02A, #03H, CONTINUE2A, RESULT2Af DATO2A , # 0 OH , OTRORANG02

SJMP CONTINUE2OTRORANGO2:CLRMOVINCMOVMOVINCMOV .MOVSJMP

CONTINUE2:MOVMOVSETB

ENVÍOS :JBCLRCLRNOPNOPNOPNOPLJMP

SENNEG2 :MOVMOVCJNELJMP

CONTINÚES:SETBSETBCLRCLRMOVCPLADDMOVMOVCLRMOVSETB

ENVIO4 :JBCLRCLRNOPNOPNOPNOPLJMP

CA,RESTA2ARESTA2,AA,DAT02ADAT02 , ARESULT2,#OOHCONTINUE2

PULSOS2,RESTA2R3,#OOH ;SE LIMPIA EL CONTADOR DE PULSOSPl.2 /ACTIVACIÓN DEL PUENTE EN SENTIDO POSITIVO

7H, ENVÍOS /BANDERA PARA ESPERAR TODOS LOS PULSOSC ; LIMPIA EL CARRYPl.5 ;SE DESHABILITA EL WDT

LECTURA

RES TAS, A ; VALOR DE LA NUEVA REF.EN COMPLEMENTO DE 2A, RESULT2A, #83H, CONTINÚESLECTURA2

3H8HPl.2CA, RES TASA ;SE CAMBIA EL FORMATO, PUES RESTA2 ESTA ENA,#01H /COMPLEMENTO DE 2RESTA2,A ;SE GUARDA EL VALOR DE LA REFERENCIA EN ELPULSOS2,RESTA2 ./FORMATO CORRECTOr;

R3,fOOH ;SE LIMPIA EL CONTADOR DE PULSOSP1.3 /ACTIVACIÓN DEL PUENTE EN EL SENTIDO NEGATIVO

8H,ENVI04 /BANDERA PARA ESPERAR TODOS LOS PULSOSC /LIMPIA EL CARRYPl.5 /SE DESHABILITA EL WDT

LECTURA

;INTERRUPCIÓN! PARA LA RECOLECCIÓN DE PULSOS Y ENCENDIDO/APAGADO DE LEDS/ADEMAS ACTÚA AL DETECTAR LA ACCIÓN DEL FINAL DE CARRERA DEL ACELERADOR

EXTER1:

SALiDA:

CHEQUEO:

SEGUÍ Rl :

CONTEO:

PUSEPUSHPU3HJN'BSJMP

L.JMP.

MOVMOVXANLCJNEJBLJMP

CJNEJBLJMP

JBJBJBJBLJMP

ACC .DPHDPL9H, SALIDACHEQUEO

SALIR1

DPTR, #SWA, @DPTRA,#03HA,#01H,SEGUIR1

• OAH, CONTEOSW ACELER

A, #02H, CONTEOOBH, CONTEOSEGUÍ R2

OH,POSIT11H,NEG12H,POSIT23H,NEG2SALIR1

CHEQUEO DE LA BANDERA DE HABILITACIÓN

SE LEE LA DIRECCIÓN CORRESPONDIENTE A LOSFINALES DE CARRERAESTADO DE LOS FINALES DE CARRERA DEL ACELER

BANDERA DE FIN DE CARRERA GIRO NEGATIVO

BANDERA DE FIN DE CARRERA GIRO POSITIVO

BANDERA DE GIRO POSITIVO EN EL ACELERADOR?BANDERA DE GIRO NEGATIVO EN EL ACELERADOR?BANDERA DE GIRO POSITIVO EN EL FRENO?BANDERA DE GIRO NEGATIVO EN EL FRENO?

POSITI:

NEG1:

MOVINCCJNECLRNOPNOPNOPSETBLCALLCLRMOVCLRCLRLLENAR:MOVMOVMOVSETBRLCMOVMOVXLJMP

MOVINCCJNECLRNOP

A,R3A ;SE INCREMENTA EL CONTADOR DE PULSOSA,PULSOS,LLENAR /COMPARACIÓN CON LA SE¥AL DE REFERENCIAPl.O ,-DESHABILITACION DEL GIRO POSITIVO

Pl.lRET_ACELERPl.lDATOANT,DATO ;SE GUARDA EL VALOR DE LA REFERENCIAOAH ;SE LIMPIA LA BANDERA DEL FIN DE CARRERA(-)5H ;SE LIMPIA LA BANDERA DE GIRO (+)

R3,ADPTR,fLEDSA,R4CAR4,A@DPTR,ASALIR1

;SE APUNTA A LA DIRECCIÓN DE LOS LEDS/DATO QUE CONTIENE EL # DE LEDS ENCENDIDOS/BIT QUE ROTA PARA ENCENDER LOS LEDS;ROTACIÓN A LA IZQ.PARA ENCENDER LOS LEDS;SE GUARDA EL # DE LEDS ENCENDIDOS;SE ORDENA ENCENDER LOS LEDS

A, R3AA,PULSOS,VACIARPl.l ,-DESHABILITACION DEL GIRO NEGATIVO

POSIT2:

NEG2:

NOPNOPSETBLCALLCLRMOVCLRCLRVACIAR:MOVMOVMOVCLRRRCMOVMOVXLJMP

MOVINCCJNECLRNOPNOPNOPSETBLCALLCLRMOVCLRLLENAR2MOVMOVMOVSETBRLCMOVMOVXLJMP

MOVINCCJNECLRNOPNOPNOPSETBLCALLCLRMOVCLRVACIAR2MOVMOV

Pl.O. ; APLICACIÓN DEL FRENORET ACELERPl.ODATOANT,DATO ;SE GUARDA EL VALOR DE LA POSICIÓNOBH ;SE LIMPIA LA BANDERA DEL FIN DE CARRERA (+)6H ;SE LIMPIA LA BANDERA DE GIRO (-)

R3,ADPTR, #LEDSA, R4CAR4,A@DPTR,ASALIR1

A, R3 .AA, PULSOS 2 , LLENAR2P1.2

P1.3 /APLICACIÓN DEL FRENORET FRENOP1.3DATOANT2,DAT02;SE GUARDA EL VALOR DE LA POSICIÓN7H

R3,ADPTR, #LEDS2A,R5CAR5,A@DPTR,ASALIR1

A,R3AA, PULSOS2 , VACIAR2P1.3

P1.2 ; APLICACIÓN DEL FRENORET FRENOP1.2DATOANT2 , DATO2 ;SE GUARDA EL VALOR DE LA POSICIÓN8H:

R3,ADPTR,#LEDS2

MOV, CLRRRCMOVMOVXSJMF

-•!•* + »*+•*•** -i-

A,R5CAR5,A@DPTR,ASALIR1

• -i- •>• •i• * -t- •<• *• -n- j- •* 4' 4- 4- 4- 4- -i- 4; 4- •*• -i- 4' 4- •*• * -i- -J* -i- -J- -i- -A- •*• •*• 4- -í- -í- -i- - -i- 4- 4- 4- 4- •*• •i- -í- -i- * -í- 4- 4- -J- 4- -t- -ir -í- -í- -í- •»- 4- -í- 4-/

;PARTE DE LA INTERRUPCIÓN CORRESPONDIENTE A LOS FINALES DE CARRERA DEL ACELER. 4. . 4- 4. : ,. 4- 4- 4- . - + i- 4. <- - ~í- 4. 4. -t- 4- 4- 4.- 4.- -i * 4- 4- ie 4 •*• -i. -i- * 4- 4 4.- 4- * 4- -i- 4- 4- 4- 4- 4/ •*• 4- 4 4- 4- 4- 4- 4- 4- 4- 4- -y- 4- 4- 4- 4- 4- -ír 4- 4- 4 4- 4- 4- 4- 4- •; 4- 4-

Sví_ACELER:SETBCLRNOPNOPNOPSETBLCALLCLRMOVMOVMOVMOVMOVXCLRSJMP

SEGUIR2:SETBCLRNOPNOPNOPSETBLCALLCLRMOVMOVMOVMOVMOVXCLR

SALIR1:POPPOPPOPRETÍ

OAHPl.l

Pl.ORET_ACELERPl.OR4,#OOHDATOANT,#OOHDPTR,#LEDSA,iOOH@DPTR,A6HSALIR1

OBHPl.O

Pl.lRET_ACELERPl.lR4,f07HDATOANT,#07HDPTR,tLEDSA,#7FH@DPTR,A5H

DPLDPHACC

- 4/ 4- 4- 4r 4,- 4.- 4.- 4r 4- 4- 4r -i- 4/ 4- -b 4- 4.- 4- 4- 4- 4r 4- 4- 4.- 4- 4- 4r 4r 4,- 4- 4- 4- •*• 4- 4r 4- 4: 4- 4.- 4: 4.- 4- 4í 4- 4- 4- 4r 4- 4- 4.- 4- Sr 4,- 4- 4- 4,- 4f 4- 4/ 4- i- 4- 4- 4- 4- 4- 4- -i- 4- 4- 4-

; INTERRUPCIONO PARA LOS FINALES DE CARRERA DEL FRENO

EXTERO:PUSHPUSHPUSHJNBMOV

ACCDPHDPL9H,SALIRODPTR,#SW

; CHEQUEO DE LA BANDERA DE HABILITACIÓN; LECTURA DE LA DIRECCIÓN CORRESPONDIENTE

í

SEGÜIRO:

t?

SALIRO :

MOVXANLCJNECLRNQPNOPNOPSETBLCALLCLRMOVMOVMOVMOVMOVXCLRSJMP

CJNECLRNOPNOPNOPSETBLCALLCLRMOVMOVMOVMOVMOVXCLR

POPPOPPOPRETÍ

A, §DPTRA, #OCHA, #04H, SEGÜIROP1.3

P1.2RET FRENOP1.2R5,#OOHDATOANT2,#OOHDPTR,fLEDS2A,#OOÍT@DPTR,A8HSALIRO

A, Í08H, SALIROP1.2

P1.3RET FRENOEl. 3R5,£04HDATOANT2,#04KDPTR,#LEDS2A,£OFH@DPTR,A7H

DPLDPHACC

;A LOS FINALES DE CARRERA;SE DESECHAN LOS DATOS QUE NO SON DEL FRENO

;SE DESHABILITA EL GIRO NEGATIVO

/APLICACIÓN DEL FRENO DEL MOTOR

;#DE LEDS QUE SE ENCIENDEN ES CERO; GUARDA EL DATO DE LA POSICIÓN INICIAL;SE APAGAN TODOS LOS LEDS

; LIMPIA LA BANDERA DEL GIRO (-)

;SE DESHABILITA EL GIRO POSITIVO

/APLICACIÓN DEL FRENO DEL MOTOR

/#DE LEDS QUE SE ENCIENDEN ES CUATRO/GUARDA EL DATO DE LA POSICIÓN FINAL/SE ENCIENDEN TODOS LOS LEDS

/LIMPIA LA BANDERA DEL GIRO (-i-)

; RUTINAS DE RETARDOS DE TIEMPO. •)• -i- * 4. * -i- * -t- 4 * * -)• -r * -í 4- -t- •k * 4- * 4- 4/ 4- 4- -i- •}• -t -I- 4- 4- * •!•r

RET_ACELER:MOV P,7,#OFH

LAZOS :MOV R6,#OFFHD JNZ R6 , $DJNZ R7 , LAZOSRET

* •*• -i- -I- ± -t -t i- 4- -í -í * + ~t- •>• -t 4 -le 4- * i 4- 4-

RET_FRENO:MOV

LAZO4:MOVDJNZDJNZ

R7/#1BH

R6,#OFFHR6,$R7,LAZ04

Documents

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE …bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/12011/1/T1355.pdf · 2.3 Descripción del funcionamiento del sistema de contro del l embrague 25