Diseño y construcción de dos módulos asistidos por microcontroladores para la medición de magnitudes físicas de temperatura y desplazamientos en función del tiempo en experimentos de laboratorio

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE FISÍCA. “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE DOS MÓDULOS ASISTIDOS POR MICROCONTROLADORES PARA LA MEDICIÓN DE MAGNITUDES FÍSICAS DE TEMPERATURA Y DESPLAZAMIENTOS EN FUNCIÓN DEL TIEMPO EN EXPERIMENTOS DE LABORATORIO.”. INFORME DE PRÁCTICAS PRE-PROFESIONALES PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE:. AUTOR. BACHILLER. YAMIL ZENEFELDER MINEZ CUBA. B. IB. LI O. TE. LICENCIADO EN FISÍCA. ASESOR: LIC. ANTOLÍN PRIETO MURCIA. TRUJILLO-2012. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. DEDICATORIA. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. A mis padres, porque creen en mí, dándome ejemplos dignos, y porque en gran parte gracias a ellos, hoy puedo ver alcanzada mi meta, ya que siempre estuvieron impulsándome en los momentos más difíciles, y porque el orgullo que sienten por mí, fue lo que me hizo ir hasta el final. Los amo.. SI C. A. S. En primer lugar dedico este proyecto a Mi Padre Celestial por bendecirme y ser mi fortaleza en todo momento, por ser mi compañía constante en el logro de mis metas.. TE. A mi hermano, tíos, primos, y amigos. Gracias por haber fomentado en mí el deseo de superación y el anhelo de triunfo en la vida. Mil palabras no bastarían para agradecerles su apoyo, su comprensión y sus consejos. A todos, espero no defraudarlos y contar siempre con su valiosa compañía y amistad sincera e incondicional.. B. IB. LI O. A mi novia Katherine Berrú, a ella especialmente le dedico esta Tesis. Por su amor, por su paciencia, por su comprensión, por su ejemplo, por su fuerza, por ser tal y como es, ... porque la amo. Es la persona que también más colaboro con el proyecto realizado. Realmente ella me llena por dentro para conseguir un equilibrio que me permita dar el máximo de mí y hacerme sentir completo. Nunca le podré estar suficientemente agradecido.. Yamil Zenefelder Minez Cuba. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. Primordialmente agradezco al Laboratorio de Fisca electrónica de la Universidad Nacional de Trujillo, puesto que me brindó la oportunidad de desarrollarme, en conocimientos que me ayudaron para el desarrollo de mi proyecto y la elaboración final de este.. SI C. A. S. AGRADECIMIENTOS. A los profesores y asesores que me brindaron su sabiduría en varios campos del conocimiento ayudándome así en varios aspectos que requerí para el desarrollo de mi proyecto.. B. IB. LI O. TE. También gracias a mis compañeros de clase que de varias maneras siempre estuvieron acompañándome y ayudándome en los momentos que la requería, por compartir conocimientos conmigo, por vivir compartir vivencias y darme sentimientos de alegría, amor , cariño que nos han dejado muchas enseñanzas y experiencias.. Trujillo, Julio del 2012 Yamil Zenefelder Minez Cuba. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. S. RESUMEN. SI C. A. Conociendo las ventajas que brindan los microcontroladores (circuitos integrados programables y de control) como son sus recursos, confiabilidad,. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. versatilidad, velocidad de trabajo, precio etc. es posible realizar diseños electrónicos, construirlos y ponerlos en marcha a un bajo precio y buena calidad.. Para diseñar este módulo se empleó unos de los microcontroladores más versátiles y económicos en el mercado, el Microcontrolador PIC16F877A, con el cual se diseñó el presente módulo y cuya función es realizar mediciones para un intervalo de tiempo para dos sucesos de movimiento cinemático y almacenarlo en su memoria interna, para luego visualizarlos en una pantalla LCD procesado de acuerdo a lo programado en el microcontrolador; además se. TE. introdujo un programa para medir temperatura y ser aplicable a los conceptos. LI O. de la ley universal de los gases en procesos termodinámicos.. B. IB. Los resultados de estos experimentos permitieron corroborar y demostrar leyes y ecuaciones de los distintos temas de física, y lo más importante incentivando al alumno a analizar con más detalle cada fenómeno físico que pueda experimentar en estos módulos, además de que el mismo alumno será generador de nuevas aplicaciones para el uso de estos módulos.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. ABSTRACT. A. S. Knowing the advantages microcontrollers provide (programmable integrated. SI C. circuits and control) as they are resources, reliability, versatility, speed, price etc.. I can make electronic design, build and launch them at a low price and. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. good quality.. To design this module was used one of the most versatile and cheap microcontrollers on the market, the Microcontroller PIC16F877A, which was designed with this module and whose function is to make measurements for a range of time for two events kinematic motion and store in the internal memory and then visualize on an LCD processing according to the program in the microcontroller, also introduced a program to measure temperature and apply to the concepts of the universal law of gases in thermodynamic processes. laws and. TE. The results of these experiments prove possible to corroborate. LI O. equations of various physical topics, and most importantly motivating students to. B. IB. analyze in more detail each physical phenomenon that they can experience in these modules, the same student will generate new applications for the use of these modules.. II Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. CONTENIDO RESUMEN ........................................................................................................... I ABSTRAC .......................................................................................................... II. A. CAPITULO I. S. CONTENIDO ..................................................................................................... III. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. CAPITULO II. SI C. I INTRODUCCIÓN: ............................................................................................. 1. II PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................ 4 II.1.. ANTECEDENTES .................................................................................. 5 Antecedentes Locales: ....................................................................... 5 Antecedentes Nacionales: ................................................................. 5. Antecedentes internacionales: ........................................................... 6. II.2.. ENUNCIADO DEL PROBLEMA ............................................................ 8. II.3.. HIPÓTESIS ............................................................................................ 8. II.4.. OBJETIVOS ........................................................................................... 8. CAPITULO III. III FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA................................................................... 10 III.1. Marco Teórico. ..................................................................................... 10. TE. III.1.1. Módulo de Física General: ............................................................ 11 Caida Libre. ........................................................................................... 11. LI O. Plano. ................................................................................................ 12. B. IB. Plano Inclinado........................................................................................ 13. III.1.2. Módulo de Física para la medición de temperaturas en procesos termodinámicos. ......................................................................................... 14 III.1.3. Consideraciones para el diseño electrónico para el Modulo asistido por Microntrolador. ..................................................................................... 16 III.1.3.1. Microcontroladores de Microchip ............................................ 17 III.1.3.2. Arquitectura interna del PIC .................................................... 25 III.1.3.3. Sensores ................................................................................ 25 Precisión. ............................................................................................. 26. III Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Linealidad o correlación lineal. ............................................................. 26 Repetitividad. ....................................................................................... 26 III.1.3.4. Programación ......................................................................... 29. S. III.1.3.4.1. Ensambladores (Assembler) .............................................. 29. A. III.1.3.4.2. PROGRAMADORES ......................................................... 30. SI C. MPLAB® IDE ........................................................................................ 30 Ultra Ide-asM ........................................................................................ 30. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. COMPILADOR PCW DE CCS® .......................................................... 31 III.1.3.4.3. Grabadores ........................................................................ 32. IC-PROG® ........................................................................................... 32 PROGRAMADOR JDM........................................................................ 34. CAPITULO IV. IV METODOLOGÍA .......................................................................................... 37 IV.1.. Módulo de Física para la Ley Universal de los Gases Ideales. ........ 37. Figura 10: Modulo asistido por Microcontrolador para la medición de Temperaturas.................................................................................................... 37 IV.2.. Módulo de Física General ................................................................ 39. IV.3. Diseño Electrónico y Programación para el módulo de Física General(cinemática y Temperatura) .............................................................. 43 IV.3.1. Esquema y Diseño Electrónico. .................................................... 43. TE. IV.3.2. Diagrama de Flujo ......................................................................... 44. LI O. IV.3.3. Algoritmo ..................................................................................... 45. B. IB. IV.3.4. Código de Programación para el Modulo de física microcontrolado: ......................................................................................... 48. CAPITULO V V RESULTADOS .............................................................................................. 59. CAPITULO VI VI CONCLUSIONES: ....................................................................................... 61 BIBLIOGRAFÍA: ............................................................................................... 63 ANEXOS: ......................................................................................................... 65. IV Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. B. IB. LI O. TE. CAPITULO I. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. I. INTRODUCCIÓN:. En esta oportunidad se realizó el diseño y construcción de dos módulos asistido. S. por microcontroladores de bajo costo (véase Anexo 1) para dejar una base en la. SI C. A. construcción de futuros módulos didácticos para la experimentación de la física, con la idea de construir y diseñar este módulo para ser empleado en los. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. laboratorios de física.. En estos momentos en nuestra Universidad y otras Universidades del Perú existe una necesidad marcada por desarrollar proyectos los cuales se mencionan más adelante cuya finalidad sea la de brindar aportes para el Laboratorio de Física. Sabemos que actualmente los laboratorios de física cuentan con equipos de medición, sin embargo también se evidencian serias dificultades que de una u otra forma repercuten negativamente en el aprendizaje del estudiante universitario. Entre estas debilidades tenemos: •. Difícil adquisición de equipos por los costos elevados.(Pasco[1], Leybold[2],. Difícil y costoso mantenimiento de los equipos.. LI O. •. TE. National Instruments[3], etc.). B. IB. •. Déficit de confiabilidad de los resultados que brindan equipos que se encuentran desactualizados.. •. Falta de modernización en los equipos, que por lo general se. vuelven. obsoletos.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. •. Desconocimiento del universitario de que estos equipos utilizados en los laboratorios se pueden diseñar y construir como parte de un proyecto de. La falta de iniciativa en las Universidades, que no incentivan y promueven. A. •. S. investigación.. SI C. concursos de invención y/o proyectos para realizar aportes en el campo de la. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. Física.. Es por todo ello que nació la motivación de llevar a cabo un aporte en este campo. para. lo. cual. se. diseñó. y. construyó. módulos. asistidos. por. microcontroladores para la experimentación de la física, lo cual será de utilidad para la obtención de datos reales y precisos.. En el presente proyecto utiliza los microcontroladores que es un circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres unidades funcionales de una computadora: CPU (Unidad central de procesos), Memoria y Unidades de Entrada y salida E/S, es decir, se trata de un computador completo en un solo. TE. circuito integrado, existen diferentes Familias de Microcontroladores y en esta. LI O. ocasión se trabajó con la Familia de Microcontroladores PIC producidos por. B. IB. MicroChips®[4].. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Para transferir el código de un ordenador al microcontrolador PIC normalmente se usa un dispositivo llamado programador. Además se usó sensores; un. S. dispositivo capaz de transformar magnitudes físicas o químicas (llamadas. A. variables de instrumentación) en magnitudes eléctricas. Las variables de. B. IB. LI O. TE. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. caso movimiento, temperatura, distancia, etc.. SI C. instrumentación dependen del tipo de sensor y pueden ser por ejemplo en este. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. B. IB. LI O. TE. CAPITULO II. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. II PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. S. El PIC16F877A es un dispositivo ideal para aprender técnicas de software y. A. del microprocesador, especialmente para estudiantes de ciencias e. SI C. ingenierías con un conocimiento previo de electrónica no tan compleja, es. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. relativamente económico y mejor aún, puede volverse a utilizar porque es fácilmente reprogramable, y lo más interesante es que al estudiar su parte interna podremos aprender mucho sobre el funcionamiento de un microcontrolador.. En el presente Proyecto aplicaremos este tipo de microcontrolador PIC para asistir circuitos combinados con sensores y utilizarlo en mediciones de magnitudes Físicas de laboratorio.. La Importancia de llevar a cabo este proyecto radica en lograr una mejor medida de las variables Físicas en el área de la cinemática y mediciones de. TE. temperatura, así mismo contribuir con un módulo que pueda ser adaptado y. LI O. mejorado en los experimentos de los laboratorios de Física diseñando. B. IB. nuevos equipos a un bajo costo (véase anexo 1).. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. II.1. ANTECEDENTES Antecedentes Locales:. S. En la Universidad Nacional de Trujillo en el 2006, en la Escuela de Física. A. se realizó un proyecto de tesis “Medición de distancias controladas por PC. SI C. usando ondas de ultrasonido” desarrollado por Lic. Fernando Javier. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. Hurtado Butron en la que en empleo un circuito controlado por el PIC16F84 como instrumento de medición para las ondas de ultrasonido y fenómenos que se presentan durante la interacción de la onda ultrasónica con el aire.. Antecedentes Nacionales:. En la Universidad Nacional de San Antonio Abad Del Cusco en la escuela de Ingeniería Electrónica se desarrolla el Proyecto Galileo que consiste en un dispositivo de medición controlado por el PIC16F84 para el empleo en los Experimentos realizados en el Laboratorio midiendo solo tiempos, sin. TE. embargo aún no lo concluyen hasta la fecha.. LI O. La Universidad Nacional de Ingeniería en el 2006 en la escuela de. B. IB. Ingeniería Eléctrica, el Ingeniero Medina Tong, César Emilio, presento su Tesis “Implementación de un microcontrolador en un módulo educativo variador de velocidad.”, Este trabajo se trató del control de un motor de corriente continua del tipo derivación mediante un microchip PIC de la gama media. Se emplea un taco generador para tomar la información de la velocidad y un freno de polvo magnético para la simulación de carga.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Antecedentes Internacionales:. S. La Escuela Superior Politécnica de Chimborazo de Ecuador en el 2006 en. A. la Escuela de Mecatrónica, los Magister Pablo Fernando Moreno Robles y. SI C. Jorge Alexander Avalos Yuque, desarrollaron su Tesis “Simulación de. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. circuitos mediante la utilización de microcontroladores PIC, para el laboratorio de mecatrónica”, la finalidad fue implementar un equipo de laboratorio para el aprendizaje de la programación y simulación para los alumnos de mecatrónica.. Así mismo la universidad de Zaragoza en el 2003 en la Escuela de Ingeniera Industrial, Antonio Bono, Bonifacio Martín con su tema “Enseñanza. de. una. metodología. para. la. programación. de. microcontroladores en el marco de la titulación de electrónica industrial” y en el 2004 con su Proyecto “Desarrollo de kits de microcontroladores. TE. accesibles desde internet” los Señores Bonifacio Martín del Brío, Antonio Bono Nuez, Alberto Marco López y Carlos Bernal Ruiz ; ofrecieron a los. LI O. estudiantes de asignaturas de microprocesadores un documento PDF. B. IB. accesible desde Internet, claro y conciso, de pequeño tamaño (rápidamente descargable) y auto contenido, que les permitió el montaje y puesta en funcionamiento de una placa sencilla basada en determinado tipo de microcontrolador que se pudo emplear en la preparación de una asignatura de microcontroladores, en su proyecto fin de carrera o en cualquier otro tipo de proyecto.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. La Universidad de Loja en el 2005 en la escuela de Ingeniería electrónica y telecomunicaciones, incrementó su investigación y implementación, del uso. S. de los microcontroladores por el Ingeniero Leonardo A Camacho R, en su. A. Proyecto “Sistema de bloqueo y temporización de llamadas telefónicas,. un. dispositivo. que. posea en. sí,. como. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. diseñar e implementar. SI C. mediante el uso de microcontroladores (pic) 16f871” que consistió en. característica principal el control estricto del tiempo de duración de cada llamada telefónica realizada.. En el 2006 en un trabajo de investigación conjunto los señores, B. Gaspar Zamora de la Universidad de Barcelona de España y G. Rosello Moreno de la Universidad Ricardo Palma de Perú desarrollan el proyecto “Sistema Multicontrolado para el Diseño de Un Oxímetro de Pulso”, este equipo se diseñó con la capacidad de mostrar el valor de saturación de oxígeno en la sangre (SPO2), el ritmo cardiaco (HR), la señal y barra de intensidad de la. B. IB. LI O. TE. señal plestimográfica.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. S. II.2. ENUNCIADO DEL PROBLEMA. A. ¿Es posible medir y controlar magnitudes Físicas de temperatura y. SI C. desplazamiento en función del tiempo por un módulo electrónico asistido. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. por un microcontrolador en experimentos de laboratorio?. II.3. HIPÓTESIS. Si se diseña y construye un modulo electrónico asistido por un microcontrolador PIC programado adecuadamente se hace posible medir y controlar magnitudes Físicas de temperatura y desplazamiento en función del tiempo en experimento de laboratorio para movimiento cinemático en caída libre, plano inclinado y movimiento acelerado así mismo para la. TE. medición de temperatura en procesos termodinámicos.. II.4. OBJETIVOS. LI O. • Contribuir con un diseño y construcción de un equipo de medición de. B. IB. temperatura y desplazamiento en función del tiempo para experimentos de física en cinemática de movimiento acelerado, caída libre, plano inclinado y en termodinámica la medición de temperatura para la ley de gases ideales.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. • Programar Microcontroladores para la realización de tareas. • Diseñar circuitos donde intervenga el microcontrolador para asistir las. A. temperatura a un volumen constante.. S. funciones específicas como la medición del tiempo para dos sucesos y la. B. IB. LI O. TE. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. uso específico.. SI C. • Servir de base para construir equipos asistido por Microcontroladores de. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. B. IB. LI O. TE. CAPITULO III. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA. SI C. III.1. Marco Teórico.. A. S. III. En la Física se estudian muchos tipos de magnitudes, donde muchas de. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. ellas pueden ser medidas directamente, para lo cual nos valemos de cierta instrumentación que nos permiten hacer dichas medidas.[5] En el estudio de la Mecánica, conceptos como velocidad, aceleración, masa, Fuerza fueron definidos cuidadosamente, con el fin de hacer el tema cuantitativo.. Por otro lado, para una descripción cuantitativa de fenómenos térmicos es necesaria una definición cuidadosa de los conceptos de temperatura para lo cual se propone los siguientes módulos: 1. Módulo de física Cinemática. B. IB. LI O. TE. •. Movimientos acelerado o En el plano. o Caída Libre. o Plano inclinado(con fricción y sin fricción). 2. Módulo de Física para la medición de temperaturas en procesos termodinámicos.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. III.1.1.. Módulo de Física Cinemática:. En este módulo se consideró para ser usado experimentos de. SI C. A. S. Movimientos acelerados (caída libre, plano y plano inclinado):. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. Movimiento acelerado. Caída libre. Al dejar caer un cuerpo de una altura (h) con una masa m, este será atraído hacia el piso experimentando una aceleración (ay) en un tiempo (t), esta aceleración es conocida como gravedad. El objetivo que busca esta práctica es el de calcular la aceleración local de la gravedad (a y ).. 𝑎𝑦 = 2. (ℎ) 𝑡2. . . . . . . . . . . . (1). B. IB. LI O. TE. Para este experimento se considera la fuerza de fricción del aire nulo[5].. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. En el plano Un móvil situado en un plano horizontal, al ser sujetado con una masa la. S. cual al ser soltada de manera vertical, generara que el móvil experimente. A. una aceleración uniforme (a) desplazándose una distancia (d) en un. SI C. tiempo (t), la cual puede ser hallada mediante la siguiente expresión. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. matemática.(5). 1. 𝑑 = 𝑣𝑜 . 𝑡 + . 𝑎. 𝑡 2 2. ……………(2). 𝑠𝑖 𝑒𝑙 𝑚ó𝑣𝑖𝑙 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑝𝑜𝑠𝑜 𝑠𝑢 𝑣𝑜 = 0𝑚/𝑠. B. IB. LI O. TE. 𝑎=. 2𝑑 𝑡2. 𝐹 = 𝑚. 𝑎 𝑎=. 𝐹. 𝑚. …………….(3). ………….(4). ………(5). Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Plano Inclinado Un bloque o partícula que se mueve en un plano inclinado con un ángulo. S. (θ) experimenta diversas fuerzas(F) que son justamente las responsables. A. de que este cuerpo realice o no un movimiento [6].. SI C. También hallaremos los coeficiente estáticos y dinámicos de rozamiento de. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. la superficie sobre el cual se mueve el cuerpo, comprobaremos también la hipótesis. de. galileo. ‘‘en. tiempos. iguales. se. recorren. espacios. proporcionales a: 1, 3, 5, 7,…..2n-1 siempre y cuando el cuerpo parte del reposo [5].. 𝑁 − 𝑚𝑔𝑐𝑜𝑠𝜃 = 𝑚𝑎𝑦 = 0 . . . . . . . .(6). 𝑚𝑔. 𝑠𝑒𝑛𝜃 − 𝐹𝑟 = 𝑚𝑎𝑥 . . . . . . . . . . (7). Podemos decir 𝐹𝑟 = 𝜇𝑁 y 𝑁 = 𝑚𝑔𝑐𝑜𝑠𝜃 (Fr: fuerza de rozamiento) por lo. TE. tanto podríamos obtener que el coeficiente de rozamiento (μ) se pueda. B. IB. LI O. obtener despejándolo de la siguiente formula:. 𝐹 = 𝑚. 𝑎 = 𝑚. 𝑔. 𝑠𝑒𝑛𝜃 − 𝐹𝑟 = 𝑚. 𝑔. 𝑠𝑒𝑛𝜃 − 𝜇. 𝑚𝑔. 𝑐𝑜𝑠𝜃. 𝜇=. 𝑔.𝑠𝑒𝑛𝜃−𝑎 𝑔.𝑐𝑜𝑠𝜃. . . . . . . . . . . (8). Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. III.1.2. Módulo de Física para la medición de temperaturas en procesos. S. termodinámicos.. A. la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por. SI C. partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética). Los gases reales que más se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura.[5]. Empíricamente, se observan una serie de relaciones entre la temperatura, la presión y el volumen que dan lugar a la ley de los gases ideales, deducida por primera vez por Émile Clapeyron en 1834[5].. La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión, el. B. IB. LI O. TE. volumen, la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal es[5]:. Dónde:. 𝑃. 𝑉 = 𝑛. 𝑅. 𝑇. . . . . . . . . . . . . . . (10). P = Presión. V= Volumen. n = Moles de gas. R = Constante universal de los gases ideales . T = Temperatura en Kelvin.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Para una misma masa gaseosa (por tanto, el número de moles “n” es. S. constante), podemos afirmar que existe una constante directamente. A. proporcional a la presión y volumen del gas, e inversamente proporcional a. =. 𝑃2 .𝑉2. . . . . . . . (11). C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. 𝑃1 .𝑉1. SI C. su temperatura[5].. 𝑇1 𝑛1. 𝑇2 𝑛2. El presente Modulo variaremos la temperatura la cual mediremos para un mismo gas (aire) por lo que la ecuación anterior quedaría[5]:. 𝑃1 .𝑉1 𝑇1. =. 𝑃2 .𝑉2 𝑇2. . . . . . . . . (12). En la programación para el presente modulo electrónico se consideró al aire como gas a usar para las mediciones, de tal manera se programó al. TE. microcontrolador tomando en cuenta lo siguiente.. LI O. Las condiciones normales del aire es P = 1atm y T=273 oK.. B. IB. Composición del aire, 80% de Nitrógeno y 20% de Oxigeno. Todo gas en condiciones normales según la hipótesis de Avogadro 1 mol ocupa 22.4 litros. [5]. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. 𝑛𝑂2 = 0.20. (𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒/22.4𝐿) ……….(13). 𝑛𝑎𝑖𝑟𝑒 = 𝑛𝑂2 + 𝑛𝑁2. SI C. A. 𝑛𝑁2 = 0.80. (𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒/22.4𝐿) ……….(14). S. Entonces:. ……………………….(15). C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. La presión se obtendría mediante la siguiente formula:. III.1.3.. 𝑃=. 𝑛.𝑅.𝑇 𝑉. ………………………..(16). Consideraciones para el diseño electrónico para el Modulo. asistido por Microntrolador.. El Primer módulo cuenta con dos fotocompuertas (diodo emisor y receptor) y es conectado a un cronometro electrónico programado en el PIC donde mediremos el desplazamiento en función del tiempo, este módulo es asistido por un Microcontrolador PIC16F877A(4).. TE. El Segundo Módulo cuenta con un sensor de temperatura que nos permite. LI O. hacer. medidas. de. temperaturas,. este. sensor. se. conectó. a. un. B. IB. Microcontrolador PIC16F877A(4) el cual muestra el valor medido por el sensor en una pantalla LCD y además los datos procesados de acuerdo al programa de dicha medida. Ambos módulos mencionados, son unificados en un solo modulo asistido por microcontrolador que mediante la programación adecuada selecciona el. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. tipo de experimento a realizar, si es cinemático o es para temperaturas usando un mismo microcontrolador PIC16F877A(véase anexo 2).. S. Para lo cual y poder proceder a diseñar el modulo asistido, debemos tener. SI C. A. en consideración algunas herramientas y conceptos que a continuación se. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. detalla. Microcontroladores de Microchip[4]. Estos micros pertenecen a la gama media y disponen de un conjunto de 35 instrucciones, por eso lo llaman de tipo RISC (Reduced Instruction Set Computer) mas claro sería "Computador con un conjunto de Instrucciones Reducido" pocas instrucciones pero muy poderosas, otras son de tipo CISC (Complex Instruction Set Computer) es decir “Computador con un conjunto de. Instrucciones Complejo”,. demasiadas instrucciones,. difíciles de. recordar[4].. TE. las funciones especiales de las que disponen los micros son[4]:. LI O. Conversores análogo a digital (A/D) en caso de que se requiera medir. B. IB. señales analógicas, por ejemplo temperatura, voltaje, luminosidad, etc. Temporizadores programables (Timer's) Si se requiere medir períodos de tiempo entre eventos, generar temporizaciones o salidas con frecuencia específica, etc.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Interfaz serial RS-232. Cuando se necesita establecer comunicación con otro microcontrolador o con un computador.. A. S. Memoria EEPROM Para desarrollar una aplicación donde los datos no se. SI C. alteren a pesar de quitar la alimentación, que es un tipo de memoria ROM que se puede programar o borrar eléctricamente sin necesidad de circuitos. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. especiales.. Salidas PWM (modulación por ancho de pulso) Para quienes requieren el control de motores DC o cargas resistivas, existen microcontroladores que pueden ofrecer varias de ellas.. Técnica llamada de "Interrupciones",. Cuando una señal externa activa. una línea de interrupción, el microcontrolador deja de lado la tarea que está ejecutando, atiende dicha interrupción, y luego continúa con lo que estaba. B. IB. LI O. TE. haciendo.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. III.1.3.1.. Arquitectura interna del PIC(7):. Hay dos arquitecturas conocidas; la clásica de von Neumann, y la. A. S. arquitectura Harvard, veamos como son:. SI C. Arquitectura Von Neumann Dispone de una sola memoria principal. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. donde se almacenan datos e instrucciones de forma indistinta. A dicha memoria se accede a través de un sistema de buses único (direcciones, datos y control[7].. B. IB. LI O. TE. Figura 1: Arquitectura Von Neumann. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Arquitectura Harvard Dispone de dos memorias independientes, una que contiene sólo instrucciones, y otra que contiene sólo datos. Ambas. S. disponen de sus respectivos sistemas de buses de acceso y es posible. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. ambas memorias, ésta es la estructura para los PIC's[7].. A. realizar operaciones de acceso (lectura o escritura) simultáneamente en. Figura 2: Arquitectura Harvard. PIC16F877A.(8). B. IB. LI O. TE. DESCRIPCIÓN DEL PIC16F877A(8): Este microcontrolador versátil económico. dentro. del. mercado. de. los. microcontroladores,. y su. popularidad se debe sobre todo a la abundante información que del se encuentra en la red (proyectos, diseños, foros etc.) y a que las herramientas. de. software. necesarios. para. trabajar. con. estos. microcontroladores es proporcionada gratuitamente por su fabricante (MICROCHIP). Este microcontrolador es la parte más importante del presente proyecto.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Este microcontrolador se basa en la arquitectura Harvard en la cual el programa y los datos se pueden trabajar desde memorias separadas, lo. S. que posibilita que las instrucciones y los datos posean longitudes. A. diferentes, esta misma estructura es la que permite la superposición de. SI C. los ciclos de búsqueda y ejecución de las instrucciones lo cual se ve. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. reflejado en una mayor velocidad de trabajo y precisión a diferencia de otros microcontroladores.. MEMORIA DEL PROGRAMA. La memoria estos microcontroladores es para el PIC16F877A(8) es de 8Kbyte de longitud (8192 líneas para código) con palabras de 14 bits, como es del tipo flash ROM se puede programar y borrar la cantidad de veces que indica la hoja de datos de este microcontrolador[16].. B. IB. LI O. TE. A continuación mostramos la foto de estos microcontroladores.. Figura 3: Fotografía del PIC16F877A[16]. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Figura 4: Diagrama del PIC16F877A[8]. B. IB. LI O. TE. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. Terminales del Microcontrolador y sus respectivas funciones:. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Pata 1(MCLR): Es una pata de múltiples aplicaciones, es la entrada de Reset (master clear) si está a nivel bajo y también es la habilitación de la. S. tensión de programación cuando se está programando el dispositivo.. SI C. A. Cuando su tensión es la de VDD el PIC funciona normalmente.. Patas 2, 3, 4, 5, 6 y 7 (RA0-RA5): Es el PORT A. Corresponden a 6. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. líneas bidireccionales de E/S (definidas por programación). Es capaz de entregar niveles TTL cuando la alimentación aplicada en VDD es de 5V ± 5%.. Patas 13 y 14 (OSC1/CLKIN y OSC2/CLKOUT): Corresponden a los pines de la entrada externa de reloj y salida de oscilador a cristal respectivamente.. Patas 11 12 y 31 32 (Vss y VDD): Son respectivamente las patas de masa y alimentación. La tensión de alimentación de un PIC está. TE. comprendida entre 2V y 6V aunque se recomienda no sobrepasar los. B. IB. LI O. 5.5V.. Patas 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 y 40 (RB0-RB7): Es el PORT B. Corresponden a ocho líneas bidireccionales de E/S (definidas por programación). Pueden manejar niveles TTL cuando la tensión de alimentación aplicada en VDD es de 5V ± 5%. RB0 puede programarse además como entrada de interrupciones externas INT. Los pines RB4 a RB7 pueden programarse para responder a interrupciones por cambio. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. de estado. Las patas RB6 y RB7 se corresponden con las líneas de entrada de reloj y entrada de datos respectivamente, cuando está en. S. modo programación del integrado.. SI C. A. Patas 15, 16, 17, 18, 23, 24, 25 y 26 (RC0-RC7): Es el PORT C. Corresponden a ocho líneas bidireccionales de E/S (definidas por. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. programación). Pueden manejar niveles TTL cuando la tensión de alimentación aplicada en VDD es de 5V ± 5%.. Patas 19, 20, 21, 22, 27, 28, 29 y 30 (RD0-RD7): Es el PORT D.. Corresponden a ocho líneas bidireccionales de E/S (definidas por programación). Pueden manejar niveles TTL cuando la tensión de alimentación aplicada en VDD es de 5V ± 5%. Generalmente los. B. IB. LI O. TE. periféricos como LCD y KeyPAD se conectan en estas E/S.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. III.1.3.2. Sensores Un sensor es un dispositivo capaz de transformar magnitudes físicas o. A. S. químicas, llamadas variables de instrumentación, en magnitudes. SI C. eléctricas. Las variables de instrumentación dependen del tipo de sensor y pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, desplazamiento,. presión,. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. aceleración, inclinación,. fuerza,. torsión,. humedad, pH, etc[6].. Hay sensores que no solo sirven para medir la variable, sino también. para convertirla mediante circuitos electrónicos en una señal estándar (4 a 20 mA, o 1 a 5VDC) para tener una relación lineal con los cambios de la variable sensada o detectada, dentro de un rango (span), para fines de control de dicha variable en un proceso.. Puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus. B. IB. LI O. TE. propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra. Áreas de aplicación de los sensores: Industria automotriz, Industria aeroespacial, Medicina , Industria de manufactura, Robótica , etc.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Características de un Sensor Entre las características técnicas de un sensor destacan las siguientes:. A. S. Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede. SI C. aplicarse el sensor[7]. Precisión: es el error de medida máximo esperado.. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset. Linealidad o correlación lineal.. Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud de salida y la variación de la magnitud de entrada.. Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede. apreciarse a la salida.. B. IB. LI O. TE. Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto. varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada. Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor. Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de. S. indicación directa (e.g. un termómetro de mercurio) o pueden estar. A. conectados a un indicador (posiblemente a través de un convertidor. SI C. analógico a digital, un computador y un display) de modo que los valores. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. detectados puedan ser leídos por un humano[9].. Por lo general, la señal de salida de estos sensores no es apta para su lectura directa y a veces tampoco para su procesado, por lo que se usa un circuito de acondicionamiento, como por ejemplo un puente de Wheatstone, amplificadores y filtros electrónicos que adaptan la señal a. TE. los niveles apropiados para el resto de la circuitería[9].. B. IB. LI O. Figura 5: Sensores de temperatura(LM35) y fotosensores. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(38) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. LM35[10]. Descripción: El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión. A. S. calibrada de 1ºC y un rango que abarca desde -55º a +150ºC.. SI C. El sensor se presenta en diferentes encapsulados pero el mas común es. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. el to-92 de igual forma que un típico transistor con 3 patas, dos de ellas para alimentarlo y la tercera nos entrega un valor de tensión proporcional a la temperatura medida por el dispositivo. Con el LM35 sobre la mesa las patillas hacia nosotros y las letras del encapsulado hacia arriba tenemos que de izquierda a derecha los pines son: VCC - Vout - GND. La salida es lineal y equivale a 10mV/ºC por lo tanto: • +1500mV = 150ºC • +250mV = 25ºC. TE. • -550mV = -55ºC. B. IB. LI O. Funcionamiento: Para hacernos un termómetro lo único que necesitamos es un voltímetro bien calibrado y en la escala correcta para que nos muestre el voltaje equivalente a temperatura. El LM35 funciona en el rango de alimentación comprendido entre 4 y 30 voltios. Podemos conectarlo a un conversor Analógico/Digital y tratar la medida digitalmente, almacenarla o procesarla con un microcontrolador o similar.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(39) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. III.1.3.3. Programación Para poder hacer el programa adecuado para poder usar el. Ensambladores (Assembler)[9]. SI C. III.1.3.3.1.. A. S. Microcontrolador se tiene que manejar el Lenguaje Asembler. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. Ensambladores básicos. Son de muy bajo nivel, y su tarea consiste básicamente. en. ofrecer. nombres. simbólicos. a. las. distintas. instrucciones, parámetros y cosas tales como los modos de direccionamiento.. Ensambladores modulares, o macro ensambladores. Descendientes de los ensambladores básicos, fueron muy populares en las décadas de los 50 y los 60, antes de la generalización de los lenguajes de alto nivel.. Ensambladores. modulares. 32-bits. o. de. alto. nivel.. Son. B. IB. LI O. TE. ensambladores que aparecieron como respuesta a una nueva arquitectura de procesadores de 32 bits, muchos de ellos teniendo compatibilidad hacia atrás pudiendo trabajar con programas con estructuras de 16 bits. Además de realizar la misma tarea que los anteriores, permitiendo también el uso de macros, permiten utilizar estructuras de programación más complejas propias de los lenguajes de alto nivel.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(40) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. III.1.3.3.2. PROGRAMADORES MPLAB® IDE [4]. S. MPLAB es una herramienta para escribir y desarrollar código en. SI C. A. lenguaje ensamblador (assembler) para los microcontroladores PIC. MPLAB incorpora todas las herramientas necesarias para la. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. realización de cualquier proyecto, ya que además de un editor de textos cuenta con un simulador en el que se puede ejecutar el código paso a paso para ver así su evolución y el estado en el que se encuentran sus registros en cada momento.. MPLAB es un software gratuito disponible en la página de MICROCHIP, la versión actual (al momento de escribir estas palabras) es la 8.2. Ultra Ide-asM [11]. TE. Es un entorno de desarrollo visual integrado para crear programas en. UltraEdit-32 (no incluido) Ultra Ide-asM pone a su disposición potentes. características de edición y compilación. Soporta MASM y también TASM.. B. IB. LI O. lenguaje ensamblador Win32. Utilizado junto con el editor de texto. Este software posee algunas opciones menos que el Mplab aunque es de apariencia muy amigable.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(41) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. COMPILADOR PCW DE CCS® (12) Es un IDE basado en el lenguaje C++, su interface nos permite. S. programar el Microcontrolador de una manera más sencilla y con un. A. lenguaje de alto nivel, a la vez este IDE nos permite compilar nuestro. SI C. programa, creando los archivos Hex necesarios para grabar y usar. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. nuestros micros, en una interface amigable cuyo manejo requiere conocimientos básicos de programación en C++.. Si queremos realizar la programación de los microcontroladores PIC en un lenguaje como el C, es preciso utilizar un compilador de C.. Dicho compilador nos genera ficheros en formato Intel-hexadecimal, que es el necesario para programar (utilizando un programador de PIC) un microcontrolador de 6, 8, 18 ó 40 patillas.. El compilador de C que vamos a utilizar es el PCW de la casa CCS. TE. Inc. A su vez, el compilador lo integraremos en un entorno de. B. IB. LI O. desarrollo integrado (IDE) que nos va a permitir desarrollar todas y cada una de las fases que se compone un proyecto, desde la edición hasta la compilación pasando por la depuración de errores. La última fase, a excepción de la depuración y retoques hardware finales, será programar el PIC.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(42) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Al igual que el compilador de Turbo C, éste "traduce" el código C del archivo fuente (*.C) a lenguaje máquina para los microcontroladores. A. S. PIC, generando así un archivo en formato hexadecimal (.HEX).. SI C. III.1.3.3.3. Grabadores. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. IC-PROG® [13] En Internet puedes encontrar muchos grabadores de bajo costo para microcontroladores PIC. Uno de los más populares y usados es el JDM y sus versiones mejoradas, entre ella puedes encontrar el TE20SE y a un precio muy asequible. El programador JDM y muchas de sus variantes está explicado en la Web del diseñador, www.jdm.homepage.dk; Otra de las características de este programa es que puedes desensamblar un archivo .hex y ver su código fuente,. B. IB. LI O. TE. para luego modificarlo o hacer lo que quieras con él.. ®. Figura 6: Interface de IC-PROG. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(43) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. WinPic800® [14] Es un software de interface similar a IC-PROG® con algunas opciones. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. más, que un usuario avanzado podría aprovechar mejor.. B. IB. LI O. TE. Figura 7: Interface de WinPIC800. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(44) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. PROGRAMADOR JDM[13] Uno de los primeros programadores de microcontroladores PIC, y por. S. lo tanto mas populares es el programador JDM, este programador. A. trabaja por puerto serial y una de sus peculiaridades es que no usa. SI C. fuente de alimentación externa, el voltaje necesario lo toma del puerto. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. serial, esta peculiaridad no siempre es una ventaja, ya que algunas computadoras no otorgan el suficiente voltaje en el puerto RS232 (Portátiles), y en este caso no podremos usar el programador. Como software de programación se puede usar el IC-Prog , WINPIC800 u. Figura 8: Grabador JDM Hi-FIKIts terminado (anexo3).. B. IB. LI O. TE. otros similares que encontramos en Internet y son de libre distribución.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(45) C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Figura 9: Diagrama del grabador JDM. (La imagen ampliada véase en el Anexo 5). Otros modelos alternativos para el grabador son como los que siguen: Este Circuito grabador JDM en lugar de llevar el conector DB9 usa como puerto de comunicación al ordenador el puerto de impresoras. B. IB. LI O. TE. LPT1.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(46) C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. B. IB. LI O. TE. Figura 10: Circuito alternativo JDM para Chips de 18 pines.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(47) C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. B. IB. LI O. TE. CAPITULO IV. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(48) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. IV METODOLOGÍA IV.1. Módulo de Física para la Ley Universal de los Gases Ideales.. S. La forma para realizar este experimento es utilizar un recipiente de vidrio o. SI C. A. metálico graduado para poder definir volúmenes y que pueda ser sellado herméticamente. El sensor va conectado a la tapa del envase previamente. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. adecuado para poder sujetar al sensor de temperatura como se muestra en la figura 10. El sensor de Temperatura debe quedar dentro del recipiente en este caso el sensor es el LM35 que tiene un rango de -55 oC a 150 oC la demás especificaciones concerniente a este sensor pude ser visto en el. B. IB. LI O. TE. Anexo 3.. Sensor. Recipiente. Modulo. Figura 11: Modulo asistido por Microcontrolador para la medición de Temperaturas. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(49) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Para el desarrollo del módulo asistido por microcontroladores se diseñó un circuito capaz de medir Temperaturas, en este caso se diseñó un circuito. A. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. temperaturas a la vez y diagrama del circuito es como sigue:. S. conformado por 4 sensores de temperatura LM35 y es capaz de medir 4. Figura 12: Diagrama Electrónico del Módulo asistido por Microcontroladores para. B. IB. LI O. TE. la medición de temperaturas. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(50) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. IV.2. Módulo de Física General Caída Libre: Para llevar a cabo este experimento se coloca una esfera de. S. acero en la parte superior de este módulo, enseguida colocamos los tres. A. sensores (fotocompuertas) y las conectamos al cronómetro electrónico, luego. SI C. de haber inicializado el equipo se deja libre esta esfera, al estar cayendo la. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. esfera pasa por los tres sensores (fotocompuertas) los cuales al detectar su paso se activan enviando señales eléctricas a nuestro microcontrolador para que este a su vez las procese de acuerdo al programa grabado en el. Al activarse el primer sensor hace que el cronómetro electrónico inicie el conteo del tiempo, al activarse el segundo sensor el microcontrolador almacena el tiempo transcurrido desde el inicio del conteo hasta la activación de este sensor y al activarse el tercer sensor el microcontrolador almacena el tiempo transcurrido desde el inicio del conteo hasta la activación de este último sensor.. TE. Una vez concluido este experimento podemos seleccionar en el equipo que tiempo es el que queremos visualizar para ello bastara con pulsar el botón. LI O. que haga referencia al tiempo que queremos visualizar.. B. IB. Para todas las prácticas se pueden emplear hasta 6 sensores, la activación del primero iniciara el conteo del tiempo y al producirse la activación de los otros sensores nuestro microcontrolador almacenara el tiempo transcurrido desde el inicio del conteo hasta el momento en que activaron cada uno de los 6 sensores restantes, por tanto en el cronómetro electrónico se podrán. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(51) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. visualizar hasta 6 tiempos, eso dependerá del docente encargado de realizar esta práctica.. S. También es necesario medir las distancias entre los sensores, esta medición. A. se tiene que realizar con la mayor precisión posible como se detalla en la. SI C. figura 12.. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. Para obtener resultados los más exactos posibles. Una vez obtenido los tiempos y distancias, empleamos la fórmula establecida en la fig. 1 el resultado obtenido tiene que ser igual o aproximarse al de la aceleración de la gravedad.. Vo=0 m/s. Vf. B. IB. LI O. TE. L(cm). Figura 13: Diagrama de Modulo para caída Libre. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(52) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Plano Inclinado: Un bloque o partícula que se mueve en un plano inclinado experimenta diversas fuerzas que son justamente las responsables de que. S. este cuerpo realice o no un movimiento.. SI C. A. También hallaremos los coeficiente estáticos y dinámicos de rozamiento de la superficie sobre el cual se mueve el cuerpo, comprobaremos también la de. GALILEO. ‘‘en. tiempos. iguales. se. recorren. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. hipótesis. espacios. proporcionales a: 1, 3, 5,7,…..2n-1 siempre y cuando el cuerpo parte del reposo.. Sobre el bloque actúan la gravedad y los elementos de fricción que se que se consideran en la figura 13.. La realización de esta práctica y el manejo de los sensores y equipo electrónico son similares al de caída libre solo que en este caso habrá que. B. IB. LI O. TE. inclinar el módulo un determinado ángulo.. Figura 14: Diagrama de cuerpo libre de un bloque en el plano inclinado.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(53) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Para el desarrollo del. módulo de medición de magnitudes cinemáticas. asistido por microcontroladores se diseñó un circuito capaz de medir un. S. intervalo de tiempo ante dos sucesos, los sucesos serian detectados por las. A. fotocompuertas, donde el presente modulo arrojaría como resultado, la. TE. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. teclado):. SI C. velocidad final del móvil, tiempo, aceleración, y la distancia (ingresada por. B. IB. LI O. Figura 15: Diagrama Electrónico del Módulo asistido por Microcontroladores para la medición de intervalos de tiempos ante dos sucesos.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(54) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. IV.3. Diseño Electrónico y Programación para el módulo de Física General(cinemática y Temperatura) Esquema y Diseño Electrónico(15).. B. IB. LI O. TE. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. IV.3.1.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(55) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. IV.3.2. Diagrama de Flujo[16]:. para el modulo asistido por microcontroladores para la. medición de magnitudes físicas de desplazamientos en función del tiempo en experimentos. B. IB. LI O. TE. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. de Laboratorio con PIC 16F877A.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(56) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. IV.3.3. Algoritmo(16): Pseudocódigo para el modulo asistido por microcontroladores para la medición de magnitudes físicas de desplazamientos en función del tiempo en experimentos de Laboratorio con PIC 16F877A.. SI C. --------------------------------------------------------------------------. A. Configuraciones Iniciales para el Microcontrolador. S. --------------------------------------------------------------------------. 1. Cargar librerías de control o manejo para el PIC16F877A;. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. 2. Declarar las entradas y salidas para el PIC16F877A;. 3. Cargar librerías de control para el LCD(20 x 2) y el Keypad; 4. Mostramos en Pantalla saludo inicial.. 5. Definimos si el Puerto A0 del Pic es mayor a 3 voltios --------------------------------Si Port A0>3V. ---------------------------------. 6. Defino número máximo de teclas que se pueden presionar en el KeyPad; 7. Defino las unidades en centímetros de las teclas presionadas en el KeyPad;. 8. Defino Variables para conteo y para cálculos; j=variable para bucle;. TE. 9. Ingresamos por Teclado el valor del Volumen en ml. --------------------------------------------------. LI O. Inicio del Programa para Temperaturas. B. IB. --------------------------------------------------. 10. Lee valor del LM35(sensor de Temperatura); 11. Muestra en Pantalla La temperatura; 12. Calcula el numero de moles del aire para ese volumen n=0.044641*V; 13. Procesa los valores mediante la siguiente formula: P= nRT/V. 14. Muestra en pantalla en tiempo real la variación de la presión con respecto a la temperatura.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.