viernes, 27 de marzo de 2015
viernes, 20 de marzo de 2015
APLICACIÓN PARA UN ACELERÓMETRO
Objetivo
Leer la información proporcionada por un acelerómetro (ADXL345) y a partir de estos controlar varias salidas:
-Rotación en el eje x: Movimiento de un servomotor.
-Rotación en el eje y: Movimiento de otro servomotor.
-Tap: Prender un led.
-Doble Tap: Prender otro led.
-Free fall: Parpadear un led.
ADXL345
Es un acelerómetro delgado, pequeño, de bajo consumo con una medición alta resolución (13-bit) de hasta ±16 g. La salida digital tiene un formato de 16-bit con complemento a 2 y es accesible a través de SPI o interfaz digital I2C. Esta bien equipado para aplicaciones de dispositivos móviles. Mide la aceleración estática de la gravedad en aplicaciones de sensado inclinado, así como la aceleración dinámica resultante del movimiento o impacto. Su alta resolución permite la medición de cambios en la inclinación menores a 1.0°.
Provee muchas funciones de sensado especial. El sensado activo e inactivo detecta la presencia o falta de movimiento por medio de la comparación de la aceleración en cualquier eje con los tresholds definidos por el usuario. El sensado de tap detecta taps simples o dobles en cualquier dirección. El sensado de caída libre detecta si el dispositivo esta cayendo. Un manejo de memoria integrado de tipo FIFO puede ser usado para salvar información para minimizar la actividad del procesamiento del anfitrión y reduciendo el consumo global de poder del sistema.
Servomotores
Para poder controlar los servomotores nos guiamos a partir de la inclinación que presenta el acelerómetro con respecto a su posición original y a partir de estos se genera la señal adecuada para que el servomotor iguale el ángulo de inclinación.
Taps
Para poder determinar cual led debe prender nos guiamos de las interrupciones que genera el acelerómetro, solo se verifica cual interrumpió (si fue simple o doble) y con esto se determina cual led debe prender.
FreeFall
En este se configuran los registros para poder generar las interrupciones que nos dicen cuando activar el led que va conectado a un PWM para hacerlo parpadear mientras el acelerómetro cae.
Vídeos de resultados
Códigos
viernes, 6 de marzo de 2015
MEDICIÓN DE LAS VARIABLES ELÉCTRICAS DE UNA BATERÍA DE AUTO
OBJETIVO
Realizar la medición, con el apoyo microcontroladores, del voltaje, la corriente, la potencia y la energía proporcionada por una batería de automóvil durante su operación, para lo cual nos apoyaremos de técnicas de medición de voltaje y las propiedades eléctricas de los dispositivos empleados para dicho propósito.
INTRODUCCIÓN
En este proyecto se nos dio la tarea de realizar
sensores capaces de medir las variables mencionadas en objetivo, tomando en
cuenta las características de una batería de automóvil (acumulador).
Lo primero que se realizo es la selección de un
acumulador para que en base a ésta se desarrollaran los sensores. El
acumulador que se eligió es la Volta 50 de la marca Sermat cuyas características son las siguientes:
Como
se puede ver se tiene una corriente máxima de 280 A y un voltaje entre 13.8 V y
14.4 V. Se puede ver que la corriente es alta ya que el acumulador se encarga
de alimentar prácticamente todos los elementos del auto. En la siguiente tabla
se puede ver algunos consumos regulares en los automóviles:
Ya teniendo las características del acumulador se
decidió que método utilizar para la medición tanto de la corriente como
voltaje, y ya teniendo estos dos se podrá calcular la potencia y energía.
RESISTENCIA DE SHUNT PARA MEDICIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA
Para la medición de la intensidad se decidió utilizar
el método de la resistencia de shunt el cual consiste en tener una resistencia
de carga y la resistencia de shunt en serie a ésta, la resistencia de shunt
tiene la característica de tener una caída de voltaje muy baja con el fin de no
afectar en la resistencia de carga. Ya teniendo el circuito se mide la caída de
voltaje en la resistencia y por medio de ley de ohm se obtiene la corriente que
pasa por el circuito.
Con esto sabemos que puede soportar los 280 A del acumulador y tendrá una máxima caída de voltaje de 75 mV por lo que podemos calcular una resistencia de 250 µΩ.
DIVISOR RESISTIVO PARA MEDICIÓN DE VOLTAJE
El método que se usará para la medición de voltaje
será implementar un divisor en paralelo a la resistencia de carga y de la
resistencia de shunt. Teniendo en cuenta que se conocerán ambos valores de
resistencia se podrá conociendo el voltaje que existe en una de las
resistencias se puede conocer el voltaje del acumulador.
Sabiendo que el rango de voltaje que tiene el
acumulador en buen funcionamiento va de 13.8 a 14.4 V ese será el rango de
interés en nuestra medición, ya que si el valor del voltaje sale de este rango
significará que la batería está finalizando su vida útil. Para tener un pequeño
margen se amplió el rango en 0.3 V en ambos extremos para tener un valores
entre 13.5 V y 14.7 V.
Se desea que el voltaje máximo que se dé en la
resistencia de interés sea de 75 mV para tratar de que se maneje muy parecido a
la señal resistencia de shunt en la corriente. Cabe mencionar que esta sección
del circuito consumirá en el rango de mA por lo que no influirá en la corriente
suministrada por el acumulador al resto del circuito.
Al tener 75 mV para 14.7 V se tendrá la siguiente
ecuación:
Despejando la relación de resistencias nos da:
Por lo que cualquier combinación de resistencia con esta
relación nos servirá. La resistencia deben tener un valor alto para que no
afecten en la corriente que consuman y deben ser de precisión para tener una
mejor lectura.
COMPONENTES UTILIZADOS
En la implementación del circuito se utilizaron
algunos componentes no muy comunes, por lo que en la siguiente sección se dará
una breve explicación del funcionamiento de cada uno.
AMC1200-Q1
Se trata de un amplificador de aislamiento diseñado por
Texas Instrument, el cual tiene en una de sus principales usos el del sensado
de resistencias de shunt, ya que tiene una gran precisión a voltajes pequeño y
también en una variación del AMC1200, ya que este componente es hecho para
aplicaciones automotoras.
Cuenta con dos alimentaciones, siendo la segunda de una
fuente aislada. Tambien tiene una ganancia fija de 8 y sirve para mediciones de
corriente bidireccional ya que presenta un offset integrado con el cual el
voltaje de referencia en 2.55 V.
SN6501-Q1 Y TPS76950-Q1
Estos dos componentes se recomiendan en la página de
Texas Instrument para la implementación del AMC1200, los cuales ayudan a
brindar una fuente aislada desde el acumulador, con el fin de proteger el
circuito. En los datasheets de ambos se pueden ver otros elementos necesarios
dependiendo de las características deseadas en la fuente, como el modelo del
transformador y de los diodos, al igual que algunos capacitores conectados en
el circuito.
INA326
Este componente es una amplificador de instrumentación
de riel a riel el cual permite una mayor precisión para valores cercanos a los
de las alimentaciones, lo cual es una gran ayuda ya que se alimentará con 0 V y
5V para tener valores muy cercanos a éstos. También presenta una ganancia ajustable
por medio de dos resistencias.
Con esta ganancia se realizará el ajuste necesario
para hacer que nuestra señal vaya de 0 a 5 V para enviarlo al microcontrolador.
DIAGRAMA DE BLOQUES
Para la corriente
Para el voltaje
CIRCUITO E IMPLEMENTACIÓN
Esta parte del circuito nos
permite generar una fuente de voltaje aislada de la batería para poder
alimentar nuestros amplificadores instrumentales, como se mencionó
anteriormente. Se utilizó el transformador de Wurth Electronics Midcom 760390013, la cual se utiliza para
alimentación y salida a 5 V y los diodos de Fairchild
Semiconductor MBR0520L.
Esta parte del circuito está
destinada a amplificar el voltaje de la resistencia de shunt con una ganancia
de 8 del AMC1200 y nos brinda un aislamiento de la señal para poder mandarla a
nuestro microcontrolador, al ser el voltaje máximo de 75mV, la salida máxima
del AMC1200 es de 0.6V, siendo este voltaje medido entre las terminales 7 y 6
del integrado (ver Datasheet).
Al tener la referencia de la
señal en 2.55 V podremos medir 2.85 V desde VOUTP a GND para la corriente
máxima y 2.25 V para la corriente mínima (siendo esta corriente negativa).
Para poder medir solo el rango
deseado se necesitó restar el voltaje mínimo y así ampliar la señal. Para esto
se generó un voltaje de 2.25 V por medio de un divisor de voltaje el cual
pasamos a un operacional (TL082) donde se configuró como seguidor de voltaje.
Luego ampliamos esta señal con el operacional (INA326), en el cual se restan la
señal del AMC1200 menos la del seguidor de voltaje, y se configura con ganancia
de 8.33 para ampliar el intervalo de medida (de 0.6v a 5v) que posteriormente
enviaremos a nuestro microcontrolador.
Este segmento nos sirve para
medir el voltaje de la pila, opera de manera análoga al circuito empleado con
la resistencia de shunt, con la diferencia que tomamos el valor de un divisor
de voltaje conectado en paralelo con la batería. Con la diferencia que el
voltaje mínimo será 13.5 V. Al realizar el de cálculo:
Sabiendo que la relación de R1/R2 = 195, tenemos que:
Por
lo que al amplificar la señal en el AMC1200 tenemos que la señal tendrá un
voltaje mínimo de 2.82 V midiendo de la terminal 7 a GND. Hacemos lo mismo que
el circuito anterior con un divisor de voltaje para obtener un voltaje de 2.82
V para que reste a la señal del AMC1200 en el INA326.
Y
teniendo un voltaje máximo de 2.85 V nos quedará un rango de 0.024, que para
llevarlo a un rango de 0 a 5 V necesitaremos amplificarlo con una ganancia de
200.
DISEÑO DEL PCB
COSTOS
PSEUDOCÓDIGO DE CONTROLADORES
Configuración de los módulos del PSoC
Agregar bloque digital como filtro pasa-bajas (Lectura de voltaje)
Asignarle un PIN como entrada
Asignarle un PIN como salida
Agregar bloque digital como ADC de 8 bits
Asignarle el PIN de salida del filtro como entrada
Asignarle PIN de salida
Agregar bloque digital como filtro pasa bajas (Lectura de corriente)1
Asignarle un PIN como entrada
Asignarle un PIN como salida
Agregar bloque digital como ADC de 14 bits
Asignarle el PIN de salida del filtro como entrada
Asignarle PIN de salida
PROGRAMA RASPBERRY PI
Declarar variables Voltaje, Corriente, Potencia, Energía, Tiempo,
TTrans, F1, F2
TTrans = 0
Tiempo = Constante2
F1 = Constante3
F2 = Constante4
Ciclo:
Leer datos del Puerto serie
Para los primeros 8 bits convertir a Valor
Asignarle ese valor a Voltaje
Para los siguientes 14 bits convertir a Valor
Asignarle ese valor a Corriente
Potencia = Voltaje * Corriente
Energía = Energía + Potencia * Tiempo * F1
TTrans = TTrans + Tiempo * F2
Imprimir Voltaje, Corriente, Potencia, Energía, TTrans
Esperar Tiempo - Tiempo de operaciones5
Regresar a Ciclo
Notas:
- Leeremos un voltaje que nos dará la corriente
- Este tiempo será cada cuanto tomaremos una muestra
- Constante que al multiplicarla por tiempo nos dará el tiempo en horas
- Constante que al multiplicarla por tiempo nos dará el tiempo en segundos
- A la constante de tiempo debemos restarle el tiempo que nos tomará realizar las operaciones
REFERENCIAS
https://mega.co.nz/#!uABS2IiT!Qt6ZAmYmn720JCItKB2qFboU50Y2O8iQRZlJEDBCck8
Precios:
viernes, 27 de febrero de 2015
MEDICIÓN DE LAS VARIABLES ELÉCTRICAS DE UNA BATERÍA DE AUTO (AVANCE)
OBJETIVO
Realizar la medición, con el apoyo microcontroladores, del voltaje, la corriente, la potencia y la energía proporcionada por una batería de automóvil durante su operación, para lo cual nos apoyaremos de técnicas de medición de voltaje y las propiedades eléctricas de los dispositivos empleados para dicho propósito.
DIAGRAMA DE BLOQUES
- Para la corriente
- Para el voltaje
DATOS TÉCNICOS DE LOS COMPONENTES PRINCIPALES
- Batería de auto: Usaremos el acumulador Volta 50 del distribuidor SERMAT
- Amplificador de aislamiento AMC1200: Este amplificador instrumental lo emplearemos para tomar los voltajes de referencia de la medición y aislarlos de la batería, son especializados para voltajes bajos. En la resistencia de shunt tendremos un voltaje máximo de 75mV y con la ganancia fija del operacional tendremos una salida de 0.6V máximo; mientras que en el divisor de voltaje tendremos un voltaje mínimo de 68mv (a 13.5V) y un máximo de 0.075 a (14.7V) aproximadamente.
- Amplificador instrumental INA326: Este amplificador instrumental lo emplearemos para amplificar nuestra señal para que quede en el rango de 0-5V y poder pasarlo a nuestro microcontrolador donde filtraremos la señal.
- Transformador de Wurth Electronics Midcom 760390013 (SN6501-Q1): Este transformador lo empleamos para generar una fuente de voltaje aislada a la batería, la configuración que emplearemos se muestra en la siguiente imágen.
- PSoC 1 chip CY8C29466-24PVXI: Este microcontrolador lo emplearemos, debido a que la tarjeta de Raspberry Pi no es capaz de leer entradas análogas, para convertir la señal a digital y filtrar la señal para evitar el ruido, el filtrado lo hacemos aquí debido a que debe estar lo más cerca posible a la salida.
miércoles, 11 de febrero de 2015
Sensores de Corriente Eléctrica
1. Inductivos:
Transformadores de Corriente. El cable a medir pasa por medio de un núcleo
magnético que tiene bobinado un secundario que proporciona una tensión
proporcional a la corriente que circula por el cable.
Los transformadores de corriente
proporcionan además de la medida un aislamiento galvánico.
Son los preferidos para medición
en terreno ya que reducen el riesgo operativo, agilizan la operatoria y
permiten su instalación sin la interrupción del circuito eléctrico.
2. Resistivos: Shunt.
Una resistencia provoca una caída de tensión proporcional a la corriente que
circula por dicha resistencia Shunt.
Las resistencias “shunt” proporcionan
una medición precisa y directa de la corriente, pero no ofrece ningún
aislamiento galvánico.
La aplicación típica de un shunt
es para medir la corriente en la red eléctrica para calcular la potencia o para
analizar la calidad de la red. También se utilizan para sensar la corriente en
un sistema de control de motor por variación de frecuencia.
Es importante seleccionar una
resistencia “shunt” apropiada de sensor de corriente; debe tener un valor muy
bajo de resistencia para minimizar la disipación de potencia, un valor bajo de
inductancia y una tolerancia razonablemente pequeña para mantener una precisión
global en el circuito.
3. Magnéticos (Efecto Hall): El sensor mide el campo magnético de
un núcleo, generado por la corriente que circula por el cable a medir, que
bobina al núcleo.
Otras
aplicaciones para los sensores magneto-resistivos son la medición de
corriente eléctrica. El principio de medición de la corriente con un sensor
magneto-resistivo es directo. Si una corriente, ‘i’, que fluye a través de un hilo,
genera un campo magnético alrededor del mismo que es directamente proporcional
a la corriente. Midiendo la intensidad de este campo magnético con un sensor
magneto-resistivo, se puede determinar exactamente la corriente. La relación entre
la intensidad del campo magnético ’H’, la corriente ‘i’ y la distancia ‘d’
viene dado por:
H=i/2πd
Se puede utilizar, por ejemplo,
para medir la corriente para una detección de fallo de lámpara en vehículos o
como la pinza amperimétrica (sin contacto), como las utilizadas en la
industria.
4. Bobina Rogowski: Miden los cambios de campo magnético alrededor
de un hilo que circula una corriente para producir una señal de voltaje que es
proporcional a la derivada de la corriente (di/dt).
La bobina Rogowski se basa en un
modelo simple, un inductor con inductancia mutua con la corriente
primaria. Para analizar el
funcionamiento de la bobina Rogowski primero hay que ver repasar algunos
efectos de la corriente y el campo magnético.
Campo magnético inducido por un conductor: Cuando pasa una corriente a través de
un conductor, se forma un campo magnético alrededor del mismo. La magnitud del
campo magnético es directamente proporcional a la corriente.
Voltaje inducido en una bobina por el cambio
del campo magnético: Los cambios del campo magnético dentro de la bobina
inducen una fuerza electromotriz. La fuerza electromotriz es un voltaje y es
proporcional a los cambios del campo magnético dentro de la bobina.
Los sensores de corriente basados
en la bobina de Rogowski se han utilizado desde sus primeros desarrollos para
medición de transitorios en laboratorios de altas corrientes y en otras
aplicaciones de gran ancho de banda. Debido a las características que ofrece
esta tecnología, los transductores de Rogowski se han convertido en el sensor
preferido de la actual generación de instrumentos de aplicación industrial. Igual
tendencia se observa en los medidores de consumo de energía eléctrica
utilizados para la facturación.
Una de las principales ventajas
de la bobina de Rogowski es su linealidad inherente. Al no poseer elementos
susceptibles de saturación magnética su rango dinámico es excepcionalmente
amplio. Un mismo sensor puede utilizarse para medir corrientes inferiores a 1A
o corrientes del orden de los kA.
5. Tabla comparativa de los sensores de corriente
Referencias
http://www.ecamec.com/newsletter/bajarnotab0509.pdf
http://www.jcee.upc.edu/JCEE2002/MAYNEPONENCIA.pdf
http://www.ecamec.com/newsletter/bajarnotab0609.pdf
viernes, 6 de febrero de 2015
Practica 1. Sensores analógicos
En la práctica había que medir un sensor analógico y mostrar la
medición por medio de una interface.
En nuestro caso, al utilizar un Raspberry
PI, no contábamos con entradas analógicas directas al microcontrolador.
Para poder transmitir los datos en forma
digital se utilizó un PSoC, con el cual se implementó un ADC de 8 bits de
resolución. Y para la entrada se utilizó un potenciómetro que va de 0 a 3.3 v
de rango.
La práctica se dividió en dos secciones, la conversión analógica a
digital y la medición de los 8 bits para obtener el valor de voltaje aproximado
y mostrarlo en la consola del Raspberry.
Se puede ver en la imagen siguiente las conexiones en el PSoC:
P0.1 = Entrada analógica
P1 = Salida digital de 8 bits (donde P1.7 es el más significativo y P1.0 el menos).
Pasando al Raspberry se configuraron 8 puertos GPIO para que
funcionen como entradas digitales, las cuales se conectaron a los pines del P1
del PSoC.
Con esto simplemente se realiza la lectura de las 8 entradas, las
cuales dependiendo de qué tan significativas sean, será el valor que tomen(bit
7 = 128, bit0 = 1). Con esto se alcanzan 256 valores distintos para la
medición.
Finalmente se utiliza una regla de tres para obtener el valor del
voltaje que existe en el potenciómetro.
Ya que se ejecutó el programa podemos ver la siguiente pantalla con las mediciones:
Dejamos el vídeo donde se puede ver como cambia el valor mientras se modifica el voltaje del potenciómentro.
domingo, 25 de enero de 2015
Microcontrolador
Integrantes del equipo 3:
Héctor Reyes Pérez
Adrián Alberto Montañez Chan
José Felipe García Rivera
Héctor Reyes Pérez
Adrián Alberto Montañez Chan
José Felipe García Rivera
Descripción del microcontrolador:
Nosotros emplearemos una tarjeta de desarrollo de Raspberry Pi, específicamente el modelo B, para empezar las especificaciones técnicas de la tarjeta son las siguientes:
- SoC: Broadcom BCM2835
- CPU: ARM 1176jzfs a 700 MHz
- GPU: Videocore 4
- RAM: 512 MB
- Video: HDMI y RCA
- Resolución: 1080p
- Audio: HDMI y 3.5mm
- USB: 2 X USB 2.0
- Redes: Ethernet 10/100
- Electricidad: Micro USB
- Medidas: 85.60mm x 53.98mm x 17mm
- Precio: Entre $900 y $1000 con distribuidores mexicanos (como GEA)
Para programarlo hay distintas maneras, para empezar se le debe cargar un sistema operativo (basado en Linux). Aquí se pueden ver los distintos sistemas operativos que nos proporciona Raspberry Pi.
Raspberry Pi cuenta con una comunidad donde se pueda obtener ayuda con respecto a los diferentes problemas que se puedan tener al momento de manejar esta tarjeta.El motivo del por que lo elegimos fue para aprender a programar un nuevo tipo de microcontrolador, diferente a los que normalmente hemos usado.
Suscribirse a:
Entradas (Atom)