ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO.
INGENIERÍA MECATRÓNICA.
INSTRUMENTACION MECATRONCIA.
TEMA:
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN TACOMENTRO DIGITAL
INTEGRANTES:
- Gabriela Nuñez
- Sandra Molina
NIVEL: Septimo “B”
FECHA:26-06-2013
PROF: Ing. Marco Singaña
1. TEMA:
Diseño y construcción de un tacómetro digital
2. INTRODUCCIÓN:
La electrónica ha evolucionado mucho. Casi todo lo que hasta hace unos años se realizaba mediante un grupo (a veces muy numeroso) de circuitos integrados conectados entre sí, hoy se puede realizar utilizando un microcontrolador y unos pocos componentes adicionales. Los microcontroladores más utilizados hoy en día, son los del fabricante MICROCHIP, por la amplia variedad de microcontroladores que nos ofrece, y la información de cada uno de los microcontroladores que nos proporciona sin ningún costo alguno.1
3. RESUMEN:
Este proyecto permite generar pulsos por el giro de un motor que se une a un cono de caucho, el cual transmite movimiento a un disco de plástico negro, en el que posee una ranura de 1 a 2 mm, que al pasar por el medio del optoacoplador, polariza 2 transistores y este hace cambiar el estado de 0 a 1, esta señal podemos conectarlo al PIC y visualizarlo en un LCD, el mismo principio utilizan los marcadores de kilometraje de los autos y los tacómetros de los mismos.2
4. OBJETIVOS:
Objetivo General
Construir un tacómetro digital.
Objetivos Específicos
Diseñar en un Software el funcionamiento y conexión de un tacómetro digital.
Implementar los conocimientos adquiridos durante el semestre por medio del
diseño y construcción de un tacómetro digital.
Visualizar el cambio de velocidad a través de una LCD.
5. MATERIALES Y EQUIPO:
1 http://proyectoaula-pic16f628a.blogspot.com/ 2 Reyes, C. (2008). Microcontroladores PIC. Quito-Ecuador.
PIC16F628A DISPLAY LCD 2x16 1 resistencia de 10Ω 1 resistencia de 330 Ω 1 resistencia de 1KΩ 1 resistencia de 4,7 KΩ 1 potenciómetros de 10 K 1 eje de giro independiente con un disco de plástico negro 1 optoacoplador ECG3100 con salida de transistor NPN
6. MARCO TEÓRICO:
TACÓMETRO DIGITAL
Figura 1.- Implementación del motor al optoacoplador
Figura 2.- Tacómetro Digital
MICROCONTROLADOR
Un microcontrolador es como un ordenador en pequeño: dispone de una memoria donde
se guardan los programas, una memoria para almacenar datos, dispone de puertos de
entrada y salida, etc. A menudo se incluyen puertos seriales (RS-232), conversores
analógico/digital, generadores de pulsos PWM para el control de motores, bus I2C, y
muchas cosas más. Por supuesto, no tienen ni teclado ni monitor, aunque podemos ver el
estado de teclas individuales o utilizar pantallas LCD o LED para mostrar información.
PIC16F628A
El pic16f628a es un microcontrolador de 8 bit, posee una arquitectura RISC avanzada así
como un juego reducido de 35 instrucciones. Este microcontrolador es el remplazo del
pic16f84a, los pines del pic16f628a son compatibles con el pic16f84a.3
En la siguiente figura se muestra el diagrama de pines.
Figura 3.- Distribución de pines PIC16F628A
Diagramas de pines del PIC16F628A
3 https://sites.google.com/site/proyectospic2010/PIC18F452/introduccion-pic16f628a-1
Características del PIC16F628A:
Conjunto reducido de instrucciones (RISC). Solamente 35 instrucciones que
aprender a utilizar
Oscilador interno de 4MHz
Opera con una frecuencia de reloj externa de hasta 20 MHz (ciclo de máquina de
200 ns)
Memoria de programa: 2048 locaciones de 14 bits
Memoria de datos: Memoria RAM de 224 bytes (8 bits por registro)
Memoria EEPROM: 128 bytes (8 bits por registro)
Stack de 8 niveles
16 Terminales de I/O que soportan corrientes de hasta 25 mA
3 Temporizadores
Módulo de comunicación serie (Usart)
Módulo CCP (captura/comparación/PWM)
2 Comparadores analógicos, una referencia de voltaje programable
OPTOACOPLADORES
Son conocidos como optoaisladores o dispositivos de acoplamiento óptico, basan su
funcionamiento en el empleo de un haz de radiación luminosa para pasar señales de un
circuito a otro sin conexión eléctrica. Estos son muy útiles cuando se utilizan por ejemplo,
Microcontroladores PICs y/o PICAXE si queremos proteger nuestro microcontrolador este
dispositivo es una buena opción. En general pueden sustituir los relés ya que tienen una
velocidad de conmutación mayor, así como, la ausencia de rebotes.
Figura 4.- Circuito con optoacoplador
La gran ventaja de un optoacoplador reside en el aislamiento eléctrico que puede
establecerse entre los circuitos de entrada y salida. Fundamentalmente este dispositivo
está formado por una fuente emisora de luz, y un fotosensor de silicio, que se adapta a la
sensibilidad espectral del emisor luminoso, todos estos elementos se encuentran dentro de
un encapsulado que por lo general es del tipo DIP.
Figura 5.- Optoacopladores
Tipos
Existen varios tipos de optoacopladores cuya diferencia entre sí depende de los dispositivos
de salida que se inserten en el componente. Según esto tenemos los siguientes tipos:
Fototransistor: se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por un
transistor BJT. Los más comunes son el 4N25 y 4N35
Figura 6.- Optotransistor (simbolo)
Figura 7.- Optotransistor en configuración Darlington
Figura 8.-Optotransistor de encapsulado ranurado
Figura 9.- Optotransistor de encapsulado ranurado(fotografia)
Fototriac: se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por un triac
Fototriac de paso por cero: Optoacoplador en cuya etapa de salida se encuentra un triac de
cruce por cero. El circuito interno de cruce por cero conmuta al triac sólo en los cruce por
cero de la corriente alterna. Por ejemplo el MOC3041
Figura 10.- MOC 3041
Optotiristor: Diseñado para aplicaciones donde sea preciso un aislamiento entre una señal
lógica y la red.
Figura 11.- Optotiristor
OPTOACOPLADOR ECG 3100
C.I optoacoplador 4 pines tipo opto-transistor, empleado para control de velocidad de
motores con encoders, etc.
Figura 12.- Características ECG 3100
LCD 16x2
Las pantallas de cristal líquido (LCD) se han popularizado mucho en los últimos años, debido
a su gran versatilidad para presentar mensajes de texto (fijos y en movimiento), valores
numéricos y símbolos especiales, su precio reducido, su bajo consumo de potencia, el
requerimiento de solo 6 pines del PIC para su conexión y su facilidad de programación en
lenguajes de alto nivel (por ejemplo, lenguaje C). Desde todo punto de vista el empleo del
display LCD 16x2 (LCD 2x16) debería considerarse como la primera opción a la hora de
decidir por un dispositivo de presentación alfanumérica, excepto cuando las condiciones de
iluminación ambiental no sean las más favorables. En este último caso se debería pensar en
el empleo de displays de 7 segmentos, que aunque no tienen la misma versatilidad tienen
la ventaja innegable de sus mejores características de visibilidad aún en los ambientes más
desfavorables. En la actualidad existen diversos modelos de display LCD, aunque los más
comunes son los LCD 16x2 (16 caracteres x 2 filas) o LCD 2x16, gobernados por el
controlador Hitachi HD44780, que se ha convertido en el estándar de facto para las
aplicaciones con microcontroladores PIC. Específicamente se hará referencia al display
LM016L, que tiene las características mencionadas, aunque cualquier otro display LCD con
el controlador HD44780 o compatible se puede utilizar. Existen LCD 16x2 con diferentes
combinaciones de colores de fondo y texto.
Pinout (patillaje) del LCD 16x2 (LCD 2X16) con HD44780
El LCD 16x2 (LCD 2x16) tiene en total 16 pines (tome en cuenta que la posición correcta del
display es con los pines en la parte superior, aunque existen modelos en los que la posición
correcta es con los pines en la parte inferior) . La datasheet (pdf) muestra 14 pines, los dos
pines adicionales son el ánodo (15) y el cátodo (16) del LED de fondo. Debe notarse que el
controlador Hitachi HD44780 se encuentra incorporado al circuito impreso del módulo LCD
y que sirve de interfaz entre la propia pantalla LCD (donde se muestran los caracteres) y el
microcontrolador PIC. Por lo tanto, de todos los pines del HD44780 únicamente se tiene
acceso a aquellos necesarios para la conexión al PIC y para el control de contraste.
La polarización del LED de fondo se logra conectando una resistencia externa de 50 ohm-
1/4 W con lo que se asegura el correcto encendido sin una corriente excesiva. El control de
contraste se consigue con un potenciómetro de 10 k con el cual se ajusta el nivel de voltaje
en el pin 3 (Vee ó VLC).
Conexión del LCD 16x2 al PIC
La conexión más recomendable del display LCD 16x2 (2x16) requiere 4 pines para los datos
(D7:D4), 1 pin para habilitar/deshabilitar el display (E) y 1 pin para los modos
comando/carácter (RS). En la figura 3.1.1 se indica la forma de conectar el display al
PIC16F88 y al PIC16F628A.
Fig.13 Conexión del LCD al PIC16F88 (16F628A) con 4 bits
Librería LCD de mikroC PRO
mikroC PRO proporciona una librería para comunicación con el display (con el controlador
HD44780 o compatibles) a través de un interfaz de 4 bits para datos. Para el trabajo con el
módulo LCD se debe añadir la librería Lcd, que contiene las funciones listadas en la tabla
3.1. Para poder utilizar estas funciones se debe declarar previamente un total de 12
variables: 6 que definen los pines del PIC y otras 6 que permiten programar su sentido de
circulación de datos.
Funciones de la librería Lcd de mikroC PRO
SOFTWARE PARA LA SIMULACION
MICROCODE STUDIO
Microcode Studio es una interface utilizada para la programación de microcontroladores
utilizando el lenguaje Basic. Cuenta con un entorno de gran alcance visual de desarrollo
integrado (IDE) logrando contener un circuito de depuración (ICD), capacidad diseñada
específicamente para Micro Engineering Labs ™ PICBASIC y PICBASIC PRO ™ compilador. En
este programa se puede escribir el código del programa, vamos a encontrar una corrección
de errores de sintaxis, otro de los beneficios es que ordena las subrutinas. En el Microcode
al finalizar el programa, compilas y vas a tener generado el archivo .Hex, los programas
deben ser guardados en formato Picbasis .Bas
Microcode Studio incluye ahora EasyHID Wizard, una herramienta de generación de código
libre que permite a los usuarios implementar rápidamente una comunicación bidireccional
entre un PIC ™ integrado un microcontrolador y un PC.
Los errores de compilación y el ensamblador pueden ser fácilmente identificados y
corregidos mediante la ventana de error de los resultados. Simplemente haga clic en un
error de compilación y Microcode Studio automáticamente te llevará a la línea de error.
Microcode Studio incluso viene con una serie de ventana de comunicaciones, lo que le
permite ver la salida de depuración y de serie de su microcontrolador.4
PROTEUS ISIS
Diseño de circuitos y simulación Proteus Layout Editor Este manual está diseñado para
introducir al neófito en el diseño de circuitos en las opciones de aplicabilidad que posee el
programa. El programa Proteus está conformado por dos aplicaciones llamadas Ares e Isis.
Isis está diseñado para realizar esquemas de circuitos con casi todos los componentes
4 http://www.bitsingenio.com/microcode-studio-plus-programa-tus-pic-con-basic/
electrónicos que se encuentran actualmente disponibles en el mercado de los circuitos
integrados y los componentes pasivos y activos utilizados en las aplicaciones electrónicas,
Además posee una aplicación de simulación que permite comprobar la efectividad de un
circuito determinado ante una alimentación de voltaje, este voltaje en la aplicación es
virtual; también permite cargar a los microcontroladores presentes en sus librerías con los
programas previamente desarrollados en los programas ensambladores y en los
compiladores de Basic según sea el tipo de lenguaje elegido por el programador. Puede
simularse desde el encendido de un led hasta una serie una gran board con un sin número
integrad os digitales o micros.
Ares es una aplicación que se usa para situar los componentes utilizados en el esquema
realizado en Isis sobre una board virtual que luego puede ser impresa en una impresora
láser sobre papel propalcote ó papel de fax, estos últimos pueden luego ser impresos sobre
la capa de cobre para luego obtener las pistas de conducción mediante una reacción que
extrae el cobre sobrante de la board de bakelita. Los componentes pueden encontrarse en
la librería de la aplicación con os nominales de la clase de encapsulado en el caso
de los integrados y con respecto a la denominación técnica referente a la forma física de los
componentes.Esta aplicación cuenta con una serie de procesos automatizados que generan
Acciones de auto ruteo y auto posicionamiento cuando el proyecto se carga desde Isis, de
lo contrario el posicionamiento y el ruteo debe hacerse manualmente5
7. PROCEDIMIENTO:
a) Diseñar el circuito para la implementación del tacómetro digital en el software
Proteus.
5 http://el013autavic.files.wordpress.com/2008/10/manual-proteus.pdf
Fig.14 Diseño del circuito en ISIS
b) Realizar la programación para el PIC16F628A.
DEFINE LCD_DREG PORTB ; define pines del LCD B4 a B7
DEFINE LCD_DBIT 4 ; empezando desde el Puerto B4 hasta el B7
DEFINE LCD_RSREG PORTB ;define el puerto B para conectar el bit RS
DEFINE LCD_RSBIT 3 ;este es el puerto B3
DEFINE LCD_EREG PORTB ;define el puerto B para conectar el bit Enable
DEFINE LCD_EBIT 2 ;este es el puerto B2
CMCON = 7 ;convierte en digitales el puerto A
revo VAR WORD ;variable revo con capacidad de 0 a 65535
prog:
COUNT portb.0,2000,revo ;contar pulsos en el puerto B.0
revo = revo * 30 ;multiplicar por 60 para tener 1 minuto rpm
serout portB.1,N2400,[REVO]
LCDOUT $fe, 1,"Motor girando a:" ;limpiar LCD y escribir
LCDOUT $fe,$c3, DEC revo ;sacar el valor de la variable revo
LCDOUT $fe,$c9," RPM" ;ir a 2da línea casilla 9 y escribir RPM
GOTO prog
END
c) Implementar el circuito previamente diseñado en el protoboard y comprobar su
correcto funcionamiento.
Fig.15 circuito Armado en Protoboard
d) Realizar pruebas con el sensor para verificar el funcionamiento del mismo.
Fig.16 Circuito funcionando
8. ANÁLISIS DE RESULTADOS:
Se obtuvo el Objetivo planteado, el diseño fue simulado y a continuación se
armó en el protoboard.
Finalmente su funcionamiento es mostrado en la figura 17.
Fig.17 Circuito Funcionando
El dato de las revoluciones por minuto se visualiza en la LCD atreves del programa
realizado en Microcode, este puede variar según los cálculos que se hayan hecho.
Mientras más ranuras tengan nuestra rueda tendremos una mejor visualización y
será constante su valor
9. CONCLUSIONES:
Después de una investigación sobre el tacómetro digital logramos tener una idea
clara para su diseño y conocer los elementos necesarios para la construcción del
mismo.
Se simulo el circuito previo a su construcción para tener una idea clara de la
conexión y facilitara la misma
La codificación del PIC se hiso en Software de Microcode.
Se logró con éxito la visualización de las evoluciones por minuto que da un motor en
una pantalla de LCD
Después de haber concluido con este proyecto es necesario reconocer y recalcar
que para la realización del mismo fue necesario tener claro los conocimientos
adquiridos a lo largo de este semestre en la materia de Instrumentación
Mecatrónica
10. RECOMENDACIONES:
Para facilitar la conexión del circuito y tener una previa visualización de su
funcionamiento es mejor hacerlo en un Software en este caso ISIS.
Es indispensable tener a la mano el datasheet de cada elemento electrónico para
reconocer cada uno de los pines y hacer una buena conexión sin errores.
Es necesario considerar el voltaje requerido en la LCD para que tenga una buena
resolución para su mejor su visualización.
11. BIBLIOGRAFÍA
Omega Pasaje Electrónico. (2010). Recuperado el 23 de Junio de 2013, de
OPTOACOPLADOR ECG 3100:
http://www.electronicaomega.com/index.php?page=shop.product_details&flypag
e=flypage.tpl&product_id=1683&category_id=151&option=com_virtuemart&Itemi
d=53&vmcchk=1&Itemid=53
Proyectos electronics. (2011). Recuperado el 22 de Junio de 2013, de Optoacoplador:
http://proyectoselectronics.blogspot.com/2008/09/optoacoplador-que-es-y-
como-funcionan.html
Reyes, C. (2008). Microcontoladores PIC , Programación en Basic. En C. Reyes,
Microcontoladores PIC , Programación en Basic (págs. 96-98). Quito-Ecuador.
Reyes, C. (2008). Microcontroladores PIC. Quito-Ecuador.
Wikipedia. (s.f.). Recuperado el 23 de Junio de 2013, de Display:
http://es.wikipedia.org/wiki/Displays%C3%ADa
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