UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL Sede Santo Domingo
FACULTAD CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E INDUSTRIA CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
Informe del proyecto técnico para obtener el título de: INGENIERO AUTOMOTRIZ
TEMA: DISEÑO Y FABRICACIÓN DE COMPONENTES DE MAQUINAS Y EQUIPOS
TÍTULO: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CIRCUITO ELECTRÓNICO EXPERIMENTAL CON SMART DRIVER PARA EL
CONTROL DE INYECTORES DE COMBUSTIBLE DE GASOLINA EMPLEANDO EL INTEGRADO TLE7241E.
Autor:
GABRIEL VICENTE MACAS PISCO
Director:
ING.EDWIN RAÚL GRIJALVA CAMPANA, MSc.
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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CIRCUITO ELECTRÓNICO EXPERIMENTAL CON SMART DRIVER PARA EL CONTROL DE INYECTORES DE COMBUSTIBLE DE GASOLINA EMPLEANDO EL INTEGRADO TLE7241E.
Ing.Edwin Raúl Grijalva Campana, MSc.
DIRECTOR _______________________________
APROBADO
Ing. Daniel Anzules, MSc.
PRESIDENTE DEL TRIBUNAL ________________________________
Ing. Alejandro Castillo Herrera, MSc.
MIEMBRO DEL TRIBUNAL ________________________________
Ing. Arturo Falconí Borja, MSc.
MIEMBRO DEL TRIBUNAL ________________________________
III
El contenido del presente trabajo está bajo la responsabilidad del autor, el cual no ha sido plagiado.
_________________________________ Gabriel Vicente Macas Pisco 1718659079 Autor: GABRIEL VICENTE MACAS PISCO
Institución: UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
Título: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CIRCUITO ELECTRÓNICO EXPERIMENTAL CON SMART DRIVER PARA EL CONTROL DE
INYECTORES DE COMBUSTIBLE DE
GASOLINA EMPLEANDO EL INTEGRADO TLE7241E
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL Sede Santo Domingo
INFORME DEL DIRECTOR
Santo Domingo, 05 de Agosto del 2016
Ing.Daniel Anzules, MSc.
COORDINADOR DE FACULTAD CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E INDUSTRIAS
Presente.
De mis consideraciones. -
Mediante la presente tengo a bien informar que el trabajo técnico realizado por el estudiante GABRIEL VICENTE MACAS PISCO, cuyo título es: DISEÑO E
IMPLEMENTACIÓN DE UN CIRCUITO ELECTRÓNICO
EXPERIMENTAL CON SMART DRIVER PARA EL CONTROL DE INYECTORES DE COMBUSTIBLE DE GASOLINA EMPLEANDO EL INTEGRADO TLE7241E; ha sido elaborado bajo mi supervisión y revisado en todas sus partes, el mismo que no ha sido plagiado, por lo cual autorizo su respectiva presentación.
Particular que informo para fines pertinentes.
Atentamente,
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DEDICATORIA
El presente proyecto técnico se lo dedico primeramente a Dios y a mi Virgencita del Cisne quienes me dieron fortaleza para seguir adelante en los momentos más
difíciles.
A mis padres, Pablo Macas Campoverde y Rosa Pisco Quijije por su ejemplo además del apoyo que me brindaron hasta la culminación de mi carrera.
A mis hermanos Pablo y Freddy por ser un apoyo incondicional y brindarme sus consejos para salir adelante.
A mi amiga Erika Gutiérrez Herrera y a su familia quienes en momentos muy difíciles me han extendido la mano para ayudarme a sobresalir.
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A mis grandes amigos Rommel Vega, Michael Vivas, Francisco Olivo, Freddy Toledo, Juan Saldarriaga, Gabriel Galvan, Ángel Vélez, Manuel Guevara, Cristian Cuenca, Carlos Tandazo, Mesías García, Cristian García y Diego Montufar que a pesar de las diferencias y dificultades que nacieron a lo largo de nuestra carrera nos mantuvimos unidos y extendiéndonos la mano.
A cada uno de mis amigos y compañeros de clases que he conocido a lo largo de mi camino universitario
Finalmente, a cada uno de los ingenieros de la universidad UTE-SD que con sus enseñanzas marcaron cada etapa de mi camino universitario.
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AGRADECIMIENTO
Agradezco infinitamente a Dios por permitirme realizar el presente proyecto técnico para la culminación de mi carrera universitaria.
El más sincero agradecimiento a la Universidad Tecnológica Equinoccial sede Santo Domingo, en especial a la Escuela de Ingeniería Automotriz, por brindarme la oportunidad de obtener una profesión.
Agradezco a todos los docentes que me han apoyado con sus conocimientos y sabiduría, en especial director del presente proyecto Ing. Edwin Grijalva, MSc. y a mis evaluadores Ing. Arturo Falconi, MSc. y al Ing. Alejandro Castillo, MSc. que supieron guiarme de la mejor manera. A los amigos que me acompañaron en el transcurso de esta etapa de la vida y a las personas que me apoyaron de una u otra manera para culminar el presente proyecto técnico con éxito.
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FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 1718659079
APELLIDO Y NOMBRES: Macas Pisco Gabriel Vicente
DIRECCIÓN: Plan de Vivienda Municipal
EMAIL: [email protected]
TELÉFONO FIJO: 023750853
TELÉFONO MÓVIL: 0985417270
DATOS DE LA OBRA
TITULO: Diseño e implementación de un circuito
electrónico experimental con smart driver para el control de inyectores de combustible de gasolina empleando el integrado TLE7241E.
AUTOR O AUTORES: Macas Pisco Gabriel Vicente
FECHA DE ENTREGA DEL
PROYECTO DE TITULACIÓN: 15 de Agosto del 2016
DIRECTOR DEL PROYECTO DE
TITULACIÓN:
Ing. Grijalva Campana Edwin, MSc.
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO
TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniero Automotriz
RESUMEN: Hoy en día el uso de los módulos electrónicos de
control ha revolucionado el automóvil moderno un ejemplo es la innovación en el sistema de inyección de combustible que, en conjunto de sensores, modulo electrónico y actuadores, trabajan para evitar la contaminación ambiental con un rendimiento óptimo del motor, por tal motivo se ha diseñado e implementado un circuito electrónico experimental con “smart driver” para el control de inyectores de
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combustible de gasolina empleando el integrado TLE7241E, para el laboratorio de la carrera de Ingeniería Automotriz, con el objetivo de que los estudiantes analicen el funcionamiento del “smart driver” tal es el caso del integrado electrónico TLE7241E, los mismos que tendrán la oportunidad de analizar el funcionamiento de los módulos de control con “smart driver”. A través de este proyecto técnico presentado los estudiantes que cursen la materia de autotrónica podrán observar y tener contacto con las partes y circuitos de un módulo de control electrónico con “smart driver” con lo cual se mejorará el aprendizaje.
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ATmega32 el primero comandará al bloque de potencia mientras el segundo a una pantalla LCD 20x4, el bloque de potencia consta de dos integrados electrónicos TLE7241E los mismo que ejecutan a los a los inyectores de combustible, para el control del relé de la bomba de combustible se utiliza un transistor TIP31C.
Para la ejecución del bloque de potencia y controlar al integrado electrónico TLE7241E, se procedió a la programación de forma básica del microcontrolador ATmega32 el mismo que cuenta con pines de salida y entradas digitales según la configuración deseada, de la misma manera cuenta con un bloque de conversores analógicos a digital y lo principal del microcontrolador cuenta con el bus de comunicación denominado SPI (“Serial Peripheral Interface”) que es de mucha importancia para poder ejecutar los comandos de activación y desactivación del integrado electrónico TLE7241E.
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detección externa de 1 Ω) con 10 bits de resolución mediante el bus de datos SPI. La corriente de carga se controla mediante un esquema de control de histéresis con un valor de histéresis programable. El dispositivo electrónico TLE7241E está protegido de daños debidos a sobrecargas de corriente, sobretensión y condiciones de exceso de temperatura, y es capaz de diagnosticar y notificar cargas abiertas, las cargas en cortocircuito y las cargas en cortocircuito a tierra.
Con el presente proyecto de técnico se ha elaborado las guías de prácticas y el manual del usuario con el propósito facilitar al estudiante la manipulación del circuito electrónico experimental y aprovechar las prestaciones didácticas en el aprendizaje de las cátedras de electrónica automotriz y autotrónica.
PALABRAS CLAVES:
“smart driver”, TLE7241E, SPI, SCK, MOSI, MISO, ATmega32, ARDUINO.
ABSTRACT: Nowadays, the use of electronic control modules
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gasoline fuel injectors, using the integrated device TLE7241E. The aim has been to enable students to analyze the functioning of the “smart driver”. They would also have the opportunity to look into the functioning of the control modules with “smart driver”. Through this technical project the students of the Automotive Engineering Course have been able to observe and come into contact with the parts and circuits of an electronic control module with “smart driver”, with which their learning would improve.
In this technical project, the functioning of a control module was simulated, as well as the correct choice, installation and use of electronic, electrical, mechanical and micro-controlling components that are applied in the automotive field.
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control of the relay of the fuel pump the transistor TIP31C is used.
In order to run the power block and to control the integrated electronic device TLE7241E, the micro-controller ATmega32 was programed in a basic way. It has output pins and digital entries according to the desired configuration. It also comprises digital analog converters and the main part of the micro-controller has a communication bus called Serial Peripheral Interface (SPI), which is very important to be able to run the activation and deactivation command of the electronic integrated device TLE7241E.
The implementation of the “smart driver” called the integrated electronic device TLE7241E in the power block to run the gasoline fuel injectors is a constant current conductor of solenoid double control canal with power transistors DMOS.
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of enabling students to operate the experimental electronic circuit and to make use of the didactical provisions in their learning process within the Automotive Electronics course.
KEYWORDS
“smart driver”, TLE7241E, SPI, SCK, MOSI, MISO, ATmega32, ARDUINO.
Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el Repositorio Digital de la Institución.
f:__________________________________________ Macas Pisco Gabriel Vicente
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DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN
Yo, MACAS PISCO GABRIEL VICENTE, CI 1718659079 autor del proyecto titulado: Diseño e implementación de un circuito electrónico experimental con smart driver para el control de inyectores de combustible de gasolina empleando el integrado TLE7241E previo a la obtención del título de INGENIERO AUTOMOTRIZ en la Universidad Tecnológica Equinoccial.
1. Declaro tener pleno conocimiento de la obligación que tienen las Instituciones de Educación Superior, de conformidad con el Artículo 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior, de entregar a la SENESCYT en formato digital una copia del referido trabajo de graduación para que sea integrado al Sistema Nacional de información de la Educación Superior del Ecuador para su difusión pública respetando los derechos de autor.
2. Autorizo a la BIBLIOTECA de la Universidad Tecnológica Equinoccial a tener una copia del referido trabajo de graduación con el propósito de generar un Repositorio que democratice la información, respetando las políticas de propiedad intelectual vigentes.
Santo Domingo, 15 de agosto del 2016.
f:__________________________________________
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ÍNDICE DE CONTENIDOS
Portada... I Sustentación y aprobación de los integrantes del tribunal... II Responsabilidad del autor... III Aprobación del director... IV Dedicatoria... V Agradecimiento... VI Formulario de registro bibliográfico... VII Declaración y autorización... XIV Índice de contenidos... XV Índice de tablas... XVI Índice de figuras... XVII
I. INTRODUCCIÓN ... 1
II. MARCO REFERENCIAL ... 4
III. METODOLOGÍA DE LA PRAXIS PROFESIONAL UTILIZADA ... 18
1. Contenido técnico ... 18
2. Análisis económico ... 35
3. Manual del usuario ... 36
IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS ... 41
V. PRESENTACIÓN DEL PRODUCTO ... 50
VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 55
VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 57
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ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Configuración del reloj para el protocolo SPI ... 16
Tabla 2. Especificaciones técnicas Arduino UNO ... 20
Tabla 3. Pines del integrado electrónico TLE7241E ... 25
Tabla 4. Configuración SPI TLE7241E ... 30
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Motor típico a gasolina comandado por una ECU... 5
Figura 2. Inyector comandado por una ECU... 5
Figura 3. Modulo electrónico ... 6
Figura 4: Arquitectura del módulo electrónico del motor ... 7
Figura 5: Bloques internos del módulo electrónico del motor ... 7
Figura 6: Regulador de voltaje LM7805 ... 8
Figura 7: Conversores análogos a digital ... 9
Figura 8: Amplificador operacional. ... 9
Figura 9: Circuito con transistores ... 11
Figura 10: Constitución de un D-MOSFET ... 11
Figura 11: MOSFET modo de empobrecimiento ... 12
Figura 12. MOSFET modo de enriquecimiento ... 12
Figura 13. Simbología de transistor D-MOSFET y E-MOSFET ... 13
Figura 14. Bus I2 C ... 15
Figura 15. BUS SPI ... 16
Figura 16: Configuraciones del reloj del bus SPI ... 17
Figura 17. Bus CAN ... 17
Figura 18. Arquitectura del circuito electrónico experimental con “smart driver” para el control de inyectores de combustible de gasolina empleando el integrado TLE7241E. ... 18
Figura 19. Bloque Fuente ... 19
Figura 20. Tarjeta Arduino UNO ... 21
Figura 21. Transformador 110 V a 12 V ... 22
Figura 22. Circuito amplificador ... 22
Figura 23. Pines de ATmega32 ... 24
Figura 24. Configuración de pines TLE7241E ... 25
Figura 25. Funcionamiento SPI TLE7241E ... 30
Figura 26. SPI: configuración de corriente ... 31
Figura 28. SPI: Registro de configuración general ... 32
Figura 29. SPI: registro de lectura ... 33
Figura 30: Bloque de potencia con el integrado TLE7241E ... 34
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Figura 33: Circuito electrónico encendido ... 37
Figura 37: Potenciómetro y pantalla LCD del circuito electrónico. ... 39
Figura 38: Riel de combustible, los inyectores de combustible y las probetas ... 40
Figura 40: Bloques del circuito electrónico experimental ... 41
Figura 41: Onda del sensor CKP (Audio) ... 42
Figura 43: Onda del sensor CMP y CKP ... 43
Figura 44: Ondas SPI ... 43
Figura 45: Señal SCK y CSB ... 44
Figura 46: Señal MOSI y MISO ... 44
Figura 48: Inyección de combustible modo secuencial ... 46
Figura 49: Ondas MOSI y MISO modo secuencial ... 47
Figura 50: Ondas MOSI y MISO modo secuencial ... 47
Figura 51: Ondas MOSI y MISO modo secuencial ... 47
Figura 52: Inyección de combustible modo semisecuencial ... 48
Figura 53: Ondas MOSI y MISO modo semisecuencial ... 48
Figura 54: Inyección de combustible modo simultánea ... 49
Figura 55: Ondas MOSI y MISO modo inyección simultánea ... 49
Figura 56: Circuito electrónico experimental ... 50
Figura 57: Bloque de entrada ... 51
Figura 58: Bloque de entrada ... 52
Figura 59: Bloque de procesamiento ... 53
Figura 60: Bloque de potencia ... 54
Hoy en día el uso de los módulos electrónicos de control ha revolucionado el automóvil moderno un ejemplo es la innovación en el sistema de inyección de combustible que, en conjunto de sensores, modulo electrónico y actuadores, trabajan para evitar la contaminación ambiental con un rendimiento óptimo del motor. La innovación de la tecnología electrónica en el vehículo evoluciona constantemente que día a día las industrias relacionadas con la electrónica en el vehículo fabrican integrados electrónicos más pequeños y versátiles, resistentes a sobrevoltajes, sobrecorriente e inclusive soportar climas adversos, existiendo una gran variedad de integrados aplicados en los vehículos de los cuales mucho de estos integrados solo existe información básica en sus respectivos “datasheet”.
El problema técnico del presente proyecto técnico es debido a que en la actualidad la aplicación de los “smart driver” en los módulos electrónicos de control del automóvil está en aumento, pero existe escasa información de los mismos, existiendo la necesidad del análisis de funcionamiento de estos integrados electrónicos utilizados en los módulos de control electrónico de los sistemas de inyección de combustible. Además, debido a la demanda de excelencia académica en el nivel de estudios superiores cada día son más exigentes, es necesario tener los equipos más modernos y actualizados, es por eso que la U.T.E sede Sto. Dgo. no puede ser la excepción. En el laboratorio de electrónica automotriz, en el área de autotronica no existe unidades de control del motor que cuente con tecnología “smart driver” para brindar la capacitación a los estudiantes, como solución a la falta de equipo didáctico en los laboratorios de electrónica, como futuros ingenieros automotrices se propone el diseño e implementación de un circuito electrónico experimental con “smart driver” para el control de inyectores de combustible de gasolina empleando el integrado TLE7241E.
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convencionales, como: protección de daños por sobrecorriente, sobretensión y sobretemperatura, además son capaces de diagnosticar cargas abiertas y cargas cortocircuito a tierra. Los grandes beneficiados con el proyecto técnico serán los estudiantes de la carrera de ingeniería automotriz, que tendrán la oportunidad de analizar el funcionamiento de los módulos de control con “smart driver”. A través de este proyecto técnico presentado los estudiantes que cursen la materia de autotrónica podrán observar y tener contacto con las partes y circuitos de un módulo de control electrónico con “smart driver” con lo cual se mejorará el aprendizaje.
El objetivo general del presente proyecto técnico es construir un circuito electrónico experimental con “smart driver” para el control de inyectores de combustible de gasolina empleando el integrado TLE7241E. Los objetivos específicos del presente proyecto técnico son los siguientes : analizar el funcionamiento del “smart driver” utilizados en los módulos electrónicos de control de los sistemas de inyección de combustible de gasolina empleando el integrado TLE7241E, además se elaborara un manual para la correcta utilización del circuito electrónico experimental con “smart driver” para el control de inyectores de combustible de gasolina empleando el integrado TLE7241E, e implementar una guía de prácticas para el circuito electrónico experimental con “smart driver” para el control de inyectores de combustible de gasolina empleando el integrado TLE7241E.
Para el desarrollo del presente proyecto técnico denominado construcción un circuito electrónico experimental con “smart driver” para el control de inyectores de combustible de gasolina empleando el integrado TLE7241E, se utilizará la metodología cuantitativa debido a que se utiliza términos teóricos y prácticos relacionado al campo automotriz la mismas que está orientada a la investigación exploratoria y aplicativa ya que enmarca la innovaciones técnicas al utilizar el integrado electrónico TLE7241E.
II. MARCO REFERENCIAL
La unidad de control electrónica a bordo del vehículo por lo general se lo denomina al sistema de control electrónico del motor. Los sistemas de control electrónico del motor siempre tienen un microcontrolador o microprocesador central que interactúa con distintos componentes del vehículo. Stockel (2015, p.118) sostiene que “algunos sistemas de control electrónico tienen varios microcontroladores que ayudan a gestionar el control de algunos de los dispositivos eléctricos, otros sistemas utilizan un microcontrolador secundario para gestionar la operación del sistema de inyección de combustible o controlar la operación de transmisión automática”. Las unidades de control electrónica del vehículo controlan elementos del sistema de combustible, sistema de encendido, sistema de emisiones de gases, tren de transmisión, y accesorios como el sistema de funcionamiento del aire acondicionado.
“La unidad de control electrónica a bordo del vehículo tiene muchos nombres y se las puede denominar como unidad de control electrónico (ECU), módulo de control electrónico (ECM), conjunto de control electrónico (CEPA), o un controlador, según sea la disposición del fabricante y la aplicación de la computadora” (Stockel, 2015). Según la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) J-1930 generaliza el nombre como un módulo de control del tren de potencia (PCM).
En la figura 1, se muestran un motor típico a gasolina comandado por una unidad de control electrónica.
Figura 1. Motor típico a gasolina comandado por una ECU
Fuente: Advanced Direct Injection Combustion Engine Technologies and Development (2010)
Las unidades de control, reciben las señales de los distintos sensores del vehículo y procesan estas señales y emiten una señal para comandar al actuador correspondiente. Ferrer & Domínguez (2012, p.58) sostienen que “las unidades de control permiten memorizar las señales que recibe de los sensores del vehículo; es decir que por ciertas circunstancias cuando un sensor del vehículo emite una señal errónea o fuera de los parámetros normales, la unidad de control electrónica la puede anular y tomar una señal sustitutiva del sensor del vehículo que sea muy similar al mismo, la señal sustitutiva que permite funcionar al vehículo en modo emergencia, evitando que el vehículo quede parado. Las averías memorizadas se pueden diagnosticar empleando un equipo de diagnosis.”
En la figura 2, se muestran un inyector comandado por una unidad de control electrónica.
Figura 2. Inyector comandado por una ECU
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Según Serravalle (2011) las unidades de control electrónica trabajan en cuatro funciones:
“Entrada: una señal de voltaje es emitida desde una unidad de entrada. Esta unidad puede ser un sensor o un interruptor.”
“Procesamiento: las unidades de control electrónica utilizan la información de las entradas y las comparan con instrucciones ya programadas. Los circuitos lógicos procesan la información y transforman las señales de entrada en órdenes de salida.”
“Almacenaje: la programación se encuentra almacenada en una memoria electrónica.”
“Salida: después de que la unidad de control electrónica procesa las señales procedentes de los sensores de entrada y comprobado sus instrucciones de programación, dará salida a los comandos u órdenes para las diferentes unidades de salida.”
Para facilitar el entendimiento del circuito completo de una ECM automotriz se la puede generar una división del circuito general en áreas o bloques.
En la figura 3, se muestran una unidad de control electrónica con sus distintas etapas de funcionamiento.
En la figura 4, se muestra los distintos bloques de funcionamiento que cuenta una unidad de control electrónico.
Figura 4: Arquitectura del módulo electrónico del motor Fuente: Chávez Iván, 2008
En la figura 5, se muestra los distintos bloques de funcionamiento que cuenta una unidad de control electrónico. Los bloques del circuito electrónico de una ECM son: S1 y S5 bloque de entrada y salida, S2 y S3 bloque de procesamiento y S4 bloque de soporte
Figura 5: Bloques internos del módulo electrónico del motor
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especificados, la tensión de entrada, la carga, la temperatura (que modifica el comportamiento de los circuitos electrónicos) u otras magnitudes de influencia. El bloque fuente está conformado por resistores, diodos, reguladores de voltaje, etc. Regulador de voltaje: Gato (2009, p.63) sostiene que “un regulador de voltaje es un dispositivo electrónico cuya misión es la de proporcionar un nivel de tensión constante”, con el objetivo de proteger los dispositivos electrónicos delicados de variaciones de diferencia de potencia (tensión/voltaje).
Los reguladores electrónicos de tensión se encuentran en dispositivos como las fuentes de alimentación de la ECM, donde estabilizan las tensiones de corriente continua usadas por el microcontrolador y otros elementos. En la figura 6, se puede visualizar un regulador de voltaje.
En la figura 6, se muestra un regulador de voltaje LM7805 con sus respectivos pines.
Figura 6: Regulador de voltaje LM7805
Bloque de entrada: “En este bloque se encuentran ubicados todos los circuitos receptores de las diferentes señales de los sensores del vehículo que van a ingresar en el microcontrolador. El bloque de entrada está conformado por filtros, amplificadores operacionales, conversores análogos a digital, etc.” (Grijalva, 2012) Las señales que van a ingresar al microcontrolador, son previamente tratadas por todos estos circuitos electrónicos.”
Conversores análogos a digital (ADC): “La función principal de un ADC es
análoga”. (Huircán, 2010) En la figura 7, se muestra la conversión de una onda análoga a digital.
En la figura 7, se observa la respectiva función que realiza un conversor análogo digital.
Figura 7: Conversores análogos a digital
Amplificadores operacionales: “Un amplificador operacional es un dispositivo
electrónico que nos permite aplicar una señal de pequeña amplitud, para obtener una señal idéntica y mayor que la de entada, debido a que la señal ha sido multiplicada por un número mayor” (Carreto, 2009).
En la figura 8, se muestra los distintos pines de conexión de un amplificador operacional.
Figura 8: Amplificador operacional.
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obtenidas de los distintos sensores del vehículo, el bloque de procesamiento está constituido por el microcontrolador, memorias y todo circuito que se vea involucrado en la ejecución del software”. (Erazo,2013)
Microcontrolador: “El microcontrolador es un sistema de microprocesador incluido
todo el en un solo integrado electrónico el mismo que incluye CPU del procesador, memorias y elementos periféricos de forma que nos permite simplificar las conexiones con el bloque de potencia de la unidad de control electrónico”. (Alcalde San Miguel, 2016)
Como todo sistema de procesamiento de datos, el primer elemento necesario es la memoria de programación. Esta memoria de programa puede ser de tres tipos en los microcontroladores:
Memoria ROM: la memoria del microcontrolador viene desde la fábrica con
la programación determinada permitiendo solo la lectura de la información y no su escritura.
Memoria PROM: La memoria del microcontrolador no tiene programación
alguna de forma que el usuario del equipo de control pueda efectuar la debida programación, pero una vez efectuada ésta ya no se podrá modificar.
Memoria EEPROM: este tipo de memorias una vez programadas, tiene la
opción de borrar la programación del microcontrolador mediante rayos ultravioletas.
Bloque de potencia: Se denomina bloque de potencia a aquellos circuitos electrónicos encuentran localizados entre las salidas del microcontrolador y los diferentes actuadores del vehículo.
“El bloque de potencia está conformado por distintos circuitos de potencia con transistores los mismos se los han denominados como “drivers” o manejadores, los mismos que actuaran sobre los diferentes periféricos de potencia (actuadores), como, por ejemplo: Bobinas de encendido, inyectores, etc.” (Erazo, 2013)
Figura 9: Circuito con transistores
Transistor de efecto de campo (FETs): El transistor de efecto de campo, que se
representa por FET (Field Effect Transistor), o transistor unipolar es un dispositivo que regula la intensidad de corriente que lo atraviesa, aplicando un campo eléctrico entorno al canal por donde circulan los electrones. Los principales tipos de transistores FETs son el JFET, MOSFET, UJT.
Transistor MOSFET: El transistor de efecto de campo metal-oxido semiconductor
MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor). López (2015, p.61) menciona que los MOSFET la “puerta se fija a una pieza metálica, buena conductora de la electricidad, que está separada del canal conductor por una fina lámina aislante del óxido de silicio (SiO2). Por otra parte, el sustrato se fija a la fuente”. Los MOSFET se dividen en: D-MOSFET y E-MOSFET.
En la figura 10 se puede observar la constitución de un transistor D-MOSFET
Figura 10: Constitución de un D-MOSFET
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Funcionamiento de los transistores MOSFET:
Empobrecimiento (“depletion-mode opeation”): mayor sea la tensión aplicada en la
puerta VGS , menor será la amplitud del canal y menor la intensidad que recorra el
drenador ID. Dicha tensión podrá ser positiva o negativa en función de si el transistor es canl P o canal N, repectivamente. En la figura 11 se puede observar un transistor D-MOSFET en modo de empobrecimiento con sus respectivas conexiones.
Figura 11: MOSFET modo de empobrecimiento Fuente: Fundamentos de la electrónica (Lopez, 2015)
Enriquecimiento (“enhancement-mode operation”): cuando mayor sea la tensión
aplicada en la puerta VGS, mayor será la amplitud del canal y por tanto mayor la
intensidad por el dranador ID. La polaridad de esta tensión dependerá de si el FET es
canal N o canal P. En la figura 12 se puede observar un transistor D-MOSFET en modo de enriquecimiento con sus respectivas conexiones.
Un D-MOSFET (“depletion MOSFET”) puede actuar tanto en modo de empobrecimiento como en modo de enriquecimiento. En cambio, el E-MOSFET (enhancement MOSFET) solo podrá trabajar en enriquecimiento debido a su construcción, ya que carece de un canal propiamente dicho. En la figura 13 se puede observar un transistor D-MOSFET y E-MOSFET con su respectiva simbología.
Figura 13. Simbología de transistor D-MOSFET y E-MOSFET Fuente: Fundamentos de la electrónica (López, 2015)
Hoy en día el uso de los transistores MOSFET se emplea en la electrónica digital. Cuando se trabaje con este tipo de transistores se debe manejar con mucha precaución de no tocar sus terminales, ya que una pequeña descarga de estática puede agujerear el aislante de SiO2, perjudicando el transistor.
“Smart driver” o Driver inteligente: Los drivers inteligentes combinan las
funciones digitales, funciones analógicas y etapas finales de potencia múltiples en un solo integrado electrónico. La clasificación de los drivers inteligentes se basa tanto en la técnica de aislamiento o del tipo de dispositivo de energía, incluyendo la ruta del flujo de corriente. Los drivers inteligentes son la combinación de un transistor de potencia de tipo DMOS con CMOS y / o bipolar estándar componentes para las funciones analógicas y control.
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temperaturas, cortocircuitos y condiciones de sobretensión y tienen que cumplir con requisitos de alta fiabilidad.
Según el blog automotriz Ingeniería AutoAvance (2014) las ventajas de los “smart drivers” frente a los “drivers” comúnmente conocidos son:
“Simplifican procesos y reducen componentes externos, obteniendo grandes ventajas respecto al montaje y fallas por soldadura entre otras.”
“Suelen fallar menos por temperatura o sobrecorriente, lo que quiere decir, que muy rara vez se van a poder considerar sobrecalentados, quemados o maltratados por la corriente operativa de la ECU.”
“Si el smart driver supera el límite máximo de Corriente sobre la bobina el mismo integrado está en la capacidad de desactivar del transistor.”
Protocolos de comunicaciones del driver inteligente: Para la activación o
desactivación de los actuadores la mayoría de los “smart drivers” lo hacen por transmisión de datos, y por lo tanto existe una gran variedad de métodos de comunicación entre el microcontrolador y el integrado electrónico. Esta comunicación puede ser mediante:
Bus I2C
SPI
CAN
Bus I2C: Es un bus de comunicaciones serie, fue diseñado por Philips. Su nombre
proviene de “Inter-Integrated Circuit” (Circuitos Inter-Integrados). “El bus I2C tiene como objetivo de comunicar microcontroladores y sus periféricos en sistemas integrados.” (Viteri,2015)
En la figura 14 se puede observar el Bus I²C con sus respectivas conexiones microcontrolador con sus respectivos integrados en modo en modo esclavo
Figura 14. Bus I2 C
Bus SPI: “El Bus SPI (“Serial Peripheral Interface”) es un estándar para controlar la
mayoría de integrados electrónicos que acepte un flujo de bits en serie regulado por el reloj del microcontrolador.” (Orbea, 2012)
Es un protocolo síncrono maestro/esclavo basado en cuatro líneas:
Reloj (SCLK. – “Clock”). - Es el pulso que inicia la sincronización. Con cada pulso de este reloj, se lee o se envía un bit.
Entrada serie (MISO. - “Master Input Slave Output”): Salida de datos del integrado electrónico en modo esclavo y entrada al microcontrolador principal.
Salida serie (MOSI. - “Master Output Slave Input”): Salida de datos del microcontrolador principal y entrada de datos al integrado electrónico en modo esclavo.
Selector (SS): Para seleccionar un integrado electrónico en modo esclavo.
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Figura 15. BUS SPI
En la tabla 1 se indican los distintos modos de funcionamiento del reloj para el funcionamiento del protocolo de comunicación SPI.
Tabla 1. Configuración del reloj para el protocolo SPI
Modo Reloj de
polaridad (CPOL)
Fase de reloj (CPHA)
SPI_MODE0 0 0
SPI_MODE1 0 1
SPI_MODE2 1 0
SPI_MODE3 1 1
En la figura 16 se puede observar las distintas configuraciones del reloj que consta el bus SPI.
Figura 16: Configuraciones del reloj del bus SPI Fuente: Getting Started with SPI in PSoC, (Todd Dust)
CAN – Controller Area Network: “Es un bus multimaestro ( “Controller Area
Network”), está basado en la distribución de mensajes, con una tasa de señalización máxima de 1Mbps. Se envían muchos mensajes cortos a la red completa, lo que asegura consistencia de datos en cada nodo del sistema. Originalmente diseñado por Bosch para la industria automotriz.” (Ibarra,2012)
En la figura 17 se puede observar las distintas conexiones del bus CAN.
III. METODOLOGÍA DE LA PRAXIS PROFESIONAL UTILIZADA
1. Contenido técnico
En el capítulo anterior se detalló el funcionamiento general del módulo de control electrónico (ECM). Valiéndonos de distintos componentes electrónicos y de software informáticos que nos posibilitan las simulaciones de las señales básicas que requieren el circuito electrónico experimental para entrar en operación, lo que se procede a simular las señales de los sensores del cigüeñal (CKP) y del sensor del árbol de levas (CMP), esto además de la correcta implementación de distintos componentes electrónicos daría como resultado un funcionamiento correcto del circuito electrónico experimental con “smart driver” para el control de inyectores de combustible de gasolina empleando el integrado electronico TLE7241E.1
En la figura 18 se puede observar la arquitectura del circuito electrónico experimental con “smart driver” para el control de inyectores de combustible de gasolina empleando el integrado TLE7241E.
Figura 18. Arquitectura del circuito electrónico experimental con “smart driver” para el control de
inyectores de combustible de gasolina empleando el integrado TLE7241E.
BLOQUE FUENTE P AR ÁM E T R OS DE L O S S E N SOR E S (C M P Y C KP) “AR DU INO
” CONTROL DE
Como se indica en el diagrama de bloques de la figura 18 del circuito electrónico experimental con “smart driver” tiene la función de recibir las señales generadas por los sensores en este caso serán simulados por una tarjeta electronica, con el fin de establecer el momento preciso de la inyección de combustible de acuerdo a cada ciclo del motor, para realizar el circuito electrónico experimental con “smart driver” por lo tanto se requiere seleccionar un microcontrolador, que nos proporcione un buen procesamiento de datos, flexibilidad en el manejo de puertos de entrada/salida, suficiente capacidad de memoria, etc.
Diseño y construcción del hardware Bloque fuente
El Bloque fuente tiene por objetivo convertir de +12 (VDC) del sistema de
alimentación del vehículo a un nivel adecuado de +5 (VDC) para energizar el circuito
electrónico experimental por lo tanto se seleccionó como reguladores de voltaje al integrado LM7805, con el cual se utilizó tres reguladores de voltaje LM7805 el primer integrado administra de voltaje al generador de señales, el segundo administra de voltaje al microcontrolador y al integrado electrónico TLE7241E., el tercero administra voltaje al segundo microcontrolador y a la pantalla LCD 20x4.
En la figura 19 se puede observar las conexiones del bloque fuente utilizando el regulador de voltaje LM7805.
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Bloque de entada - Acondicionamiento de señales
A continuación, se describe el acondicionamiento de las señales analógicas y digitales proveniente del sensor de posición de árbol de levas (CMP: “camshaft position sensor”) y del sensor de posición del cigüeñal (CKP: “crankshaft position”). Los circuitos que simulan el comportamiento de los sensores analógicos se realizara en base de un potenciómetro alimentado desde el circuito electrónico.
Para la simulación de estos dos sensores ser utilizará la tarjeta electrónica Arduino UNO ya que Arduino es una plataforma electrónica de código abierto, el ARDUINO UNO es una tarjeta electrónica que utiliza el microcontrolador ATmega328P. La tarjeta electrónica ARDUINO UNO consta de 14 pines digitales estas se pueden utilizar tanto como de entrada o salida, además se puede utilizar un bloque de seis entradas analógicas, consta de un cristal de cuarzo de 16 MHz, también tiene una conexión tipo USB, un conector de alimentación.
En la tabla 2 se muestran las especificaciones técnicas de la tarjeta electrónica Arduino UNO que se utilizó para generación de las señales.
Tabla 2. Especificaciones técnicas Arduino UNO ARDUINO UNO
Microcontrolador ATmega328P
Tensión de funcionamiento 5V Voltaje de entrada (recomendado)
7-12V Voltaje de entrada (límite) 6-12V
I/O digitales 14 (de los cuales 6
proporcionan salida PWM) PWM digital pines I / O 6
Pines de entrada analógica 6 Corriente continua para Pin I/O
20 mA Corriente CC para Pin
3.3V
Memoria flash 32 KB (ATmega328P)
de los cuales 0,5 KB utilizado por el gestor de arranque
SRAM 2 KB (ATmega328P)
EEPROM 1 KB (ATmega328P)
Velocidad de reloj 16 MHz
Longitud 68,6 mm
Anchura 53,4 mm
Peso 25 g
Fuente: https://www.arduino.cc/
En la figura 20 se puede observar los distintos pines que conforman a la tarjeta electrónica Arduino UNO.
Figura 20. Tarjeta Arduino UNO
Además, con la ayuda de un circuito eléctrico se procedió a grabar la onda emitida del sensor CKP. Para la grabación de la señal, se utilizó un trasformador de voltaje 110V a 12V y una computadora portátil se procedió a grabar la señal emitida del sensor CKP tipo inductivo.
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Figura 21. Transformador 110 V a 12 V
Los terminales de entrada 110 V del transformador se conectan en los conectores del sensor CKP, mientras que la salida de 12 V se conecta a un plug de audio el mismo que se conecta a la entada del micrófono de una computadora, una vez el sensor en funcionamiento se procede a grabar la onda mediante el grabador de audio disponible en la PC, el archivo de audio generado será utilizado para la respectiva simulación. Una vez ya obtenido el audio se procede a reproducir la onda de audio y se la procede a amplificar mediante el integrado electrónico LM358 para después ser procesada.
En la figura 22 se puede observar el circuito de amplificación de la onda de audio del sensor CKP previamente ya grabada.
Figura 22. Circuito amplificador
Bloque de Procesamiento - Selección del microcontrolador
de alto rendimiento basado en AVR RISC de 8 bits. La configuración de los puertos del microcontrolador de entrada/salida son independientes, consta de capacidad suficiente de memoria y varios módulos internos entre otras prestaciones, estas son características de gran de utilidad para el manejo de las señales para el correcto funcionamiento del circuito electrónico experimental.
Características principales del ATMega32: El microcontrolador ATmega32 consta de 40 pines:
Dos para alimentación (pin número.10: + 5v, pin número. 11: tierra),
Dos para el oscilador (los pines 12 y 13),
Consta de de un pin determinado para la restauración del programa (pin 9),
Tres pines para proporcionar energía necesaria y voltaje de referencia a su ADC interno.
Además, consta de 32 pines de entrada y salida digitales.
Acerca de pines I/O: ATmega32 es capaz de manejar las entradas analógicas.
El puerto A se puede utilizar ya sea como líneas digitales de I/O de cada pin individual puede ser utilizado como un único canal de entrada al ADC interno del ATmega32.
I/O pines digitales: ATmega32 tiene 32 pines configurables como pines de
entradas o salidas digitales.
Temporizadores: Tiene incorporado 3 temporizadores / contadores, dos de 8
bits (Timer0, Timer2) y uno de 16 bits (Timer1).
ADC: Un total de 8 canales individuales se pueden seleccionar como convertidor analógico digital.
Comparador analógico: El comparador analógico está disponible en el
microcontrolador.
Interrupción externa: Se puede configurar.
Memoria: Tiene 32 Kbytes de memoria de flash auto programable.
Reloj: Puede funcionar a una frecuencia de 1 a 16 MHz. La frecuencia puede
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Programación: ATmega32 se puede programar mediante la SPI o mediante
la programación paralela. Programación a través de la interfaz JTAG .
En la figura 23 se puede observar los distintos pines que conforma el microcontrolador ATmega32.
Figura 23. Pines de ATmega32
Circuito de potencia para el control de inyectores de combustible.
La unidad electrónica de control opera directamente sobre la activación y desactivación del inyector de combustible. De tal manera es necesario implementar un bloque denominado de potencia, este bloque debe estar debidamente aislado del bloque de procesamiento que consiga captar las señales provenientes del microcontrolador ATmega32. Para el bloque de potencia del circuito electrónico experimental con “smart driver” para el control de inyectores de combustible de gasolina se empleó el integrado TLE7241E.
EL dispositivo electrónico está protegido de averías ocasionadas por sobrecargas de corriente, sobretensión y condiciones de exceso de temperatura, además es capaz de diagnosticar y notificar cargas abiertas y en cortocircuito.
Configuración de pines del integrado electrónico TLE7241E
En la figura 24 se puede observar los distintos pines que conforma el integrado electrónico TLE7241E.
Figura 24. Configuración de pines TLE7241E
En la tabla 3 se indican los pines correspondientes de conexión del integrado electrónico TLE7241E
Tabla 3. Pines del integrado electrónico TLE7241E Pin Nombre del pin Descripción
1 PGND1 Canal Alimentación Tierra 1; conectada internamente a PGND2
2 OUT1 Canal de salida 1; Drenaje de DMOS de
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3 NEG1 Sentido negativo Pin Canal 1; conectar al terminal negativo de la resistencia de detección externa
4 POS1 Canal Positivo Sentido Pin 1; conecte al terminal positivo de la resistencia de detección externa
5 NC No Conectar
6 VDD Suministro de alimentación; conectar un condensador cerámico a GND cerca del dispositivo
7 DEFAULT Control de entrada; Entrada digital de alta activa. 3.3V y la lógica 5.0V compatible. En caso de no utilizado, conecte a tierra
8 SCK Reloj SPI; Pin de entrada digital. 3.3V y 5.0V lógica compatible
9 CSB Selección de Chip Bar; Pin digital bajo Activo entrada. 3.3V y 5.0V lógica compatible
10 SI Entrada de datos en serie; 3.3V y 5.0V lógica compatible
11 VSO Voltaje de alimentación SPI; conectar un condensador cerámico a GND cerca del dispositivo
12 SO Salida de datos en serie; Suministrado por pin Vso
13 TEST Pin de prueba; conectarse a GND
15 GND Tierra;
16 BAT Entrada "BAT"; conectarse a la tensión de alimentación de solenoide a través de una resistencia en serie. Conecte un condensador cerámico a GND cerca del dispositivo
17 POS2 Positivo Sentido Pin Canal 2; conecte al terminal positivo de la resistencia de detección externa.
18 NEG2 Sentido Negativo Pin Canal 2;
conectarse al terminal negativo de la resistencia de detección externa.
19 OUT2 Salida de Canal 2; Drenaje de DMOS de salida; conectarse al terminal negativo de la resistencia de detección externa
20 PGND2 Canal Alimentación Tierra 2; conectada internamente a PGND1
marco de plomo expuest o
EPGND GND; Debe ser conectado a GND , PGND1 y PGND2 y al plano de tierra de la ECU
Fuente: www.infineon.com
Según la lectura del respectivo datasheet (disponible la página web de infineon) del integrado electrónico TLE7241E nos informa sobre las distintas prestaciones:
Protección y control del integrado TLE7241E
Detección y protección contra sobretensiones
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Aunque la comunicación SPI seguirá siendo funcional, la salida permanecerá apagada. El integrado electrónico volverá a la cuando el voltaje en el pin BAT ha caído por debajo de sobretensión.
Sobrecorriente / cortocircuito a VBAT
Cuando una sobreintensidad se detecta en el pin de entrada POS y la sobre intensidad supera el umbral de cortocircuito/sobrecorriente durante un tiempo mayor que el tiempo sentido cortocircuito/sobrecorriente el driver se apaga y la sobrecorriente / cortocircuito (VBAT /VSHT) generará un de bit de fallo la misma falla se lee a través de SPI.
El driver permanecerá en la condición de apagado cuando exista el corto hasta que después de un tiempo de actualización, el driver se encenderá automáticamente de nuevo.
Distinguir entre carga abierta y short de faltas a tierra
Cuando se marca una carga abierta / cortocircuito a masa, para distinguir entre carga abierta y corto a tierra, un comando de configuración se debe enviar tres veces para el canal apropiado escribiendo con el bit de culpa, y la corriente media deben ser programado a cero. Compruebe el bit de fallo OL / SG de la tercera escritura. Un "0" significa carga abierta, '1' significa corto/tierra. Un corto a tierra se seguirá señalando a 0 mA actual de comandos.
Apagado térmico
Control de Corriente
El dispositivo TLE7241E utiliza un método de control de histéresis para regular la corriente del solenoide.
El transistor de salida se activa y desactiva en función del valor medido del solenoide actual. La corriente del solenoide se mide en los pins POSX y NEGx que son conectado a una resistencia de detección de corriente externa. El dispositivo calcula una superior y punto de conmutación inferior basado en la entrada de los comandos del microprocesador. La salida transistor se enciende hasta que se alcanza el umbral superior, y luego se apaga hasta que la se alcanza el umbral inferior.
Interfaz de comunicación mediante SPI del integrado TLE7241E
La interfaz serial SPI tiene las siguientes características:
Consta de full duplex, 4 hilos comunicación sincrónica
El integrado elctronico solamente funciona en modo esclavo
Se debe observar la polaridad y fase del pin SCK
El SCK del integrado TLE7241E opera hasta 5,0 MHz. El interfaz de comunicación serial (SPI) del TLE7241E se utiliza para transmitir y recibir datos sincrónicamente con el dispositivo maestro SPI. El integrado electrónico TLE7241E sólo funcionará como un dispositivo esclavo al maestro, y requiere de cuatro pines externos; SI, SO, SCK, y CSB.
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En la figura 25 se puede observar el modo de operación del bus SPI del integrado electrónico TLE7241E.
Figura 25. Funcionamiento SPI TLE7241E Fuente: www.infineon.com
Estructura del comando SPI
En la tabla 4 se indican los distintos comandos SPI que utiliza el integrado electrónico TLE7241E
Tabla 4. Configuración SPI TLE7241E
Canal Instrucción Tipo de comando MISO responde en la siguiente afirmación del
CSB
B15 B14 B13
0 0 0 Corriente
promedio en el CH#1
Corriente promedio-Verificación y estado en el
CH#1 0 0 1 Configuración del
Dither - CH#1
Verificación de la configuración del Dither
CH#1 0 1 0 Configuración
general - CH#1
Verificación de la configuración general CH#1
0 1 1 Lectura de registro - CH#1
1 0 0 Corriente promedio en el -
CH#2
Corriente promedioVerificación y estado en el
-CH#2 1 0 1 Configuración del
Dither - CH#2
Verificación de la configuración del Dither
CH#2 1 1 0 Configuración
general - CH#2
Verificación de la configuración general CH#2
1 1 1 Lectura de registro - CH#2
Contenido del registro - CH#2
Fuente: www.infineon.com
Configuración de corriente de salida
En la figura 26 se puede observar la configuración de los bits para la obtención de las distintas corrientes a utilizar para el control de los inyectores de combustible
Figura 26. SPI: configuración de corriente Fuente: www.infineon.com
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MISO: En el canal MISO (pin 12 del TLE7241E) se obtiene respuesta del integrado electrónico TLE7241E hacia el microcontrolador y el integrado TLE7241E responde la siguiente manera: en el bit número 12 se refiere a error de diagnóstico: = 1 si OL / SG = 1 o VSHT = 1 o OTMP = 1 (canal específico) , en el bit 11 se refiere a comando fuera de rango: = 1, en el bit 10 se refiere a Dither Clipping: = 1 en el caso de estar activado y desde los bit 9 hasta el bit 0 se refiere a corriente promedio actual: Contenido del punto de ajuste de corriente promedio comando.
Registro de configuración general
En la figura 28 se puede observar la configuración de los bits para configuración general, en esta configuración nos permite diagnosticar el estado del integrado TLE7241E y se procede de la siguiente manera:
Figura 28. SPI: Registro de configuración general Fuente: www.infineon.com
MISO: En el canal MISO (pin 12 del TLE7241E) se obtiene respuesta del integrado electrónico TLE7241E hacia el microcontrolador y el integrado TLE7241E responde la siguiente manera: en el bit 12 se refiere a OL / SG esto significa carga abierta o cortocircuito a masa, en el bit 11 se refiere a VSHT dando a conocer corto de BAT (cortocircuito de carga) bandera culpa, en el bit 10 se refiere a OTMP ste bit se refiere a fallos debido a sobretemperatura, en los bit 9 - 7: No se utiliza, siempre 0, en el el bit 6 se refiere a REF: = 0 cuando se detecta una referencia externa en el pasador REF si en el bit 6 es REF: = 1 cuando el pasador REF está conectado a tierra y la referencia interna 2.5 V está activo, en el bit 5 se refiere a FT es el contenido de la FT-bit en el registro de configuración general, en los bit 4 y 3 se refiere a velocidad de respuesta: El contenido de los ajustes de velocidad de respuesta en la configuración general registro y en los bit 2 - 0 se refiere a SW es el contenido del ajuste de histéresis de conmutación en la configuración general.
Registro de lectura.
En la figura 29 se puede observar la configuración de los bits para el registro de lectura del integrado TLE7241E.
Figura 29. SPI: registro de lectura Fuente: www.infineon.com
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son los Registros ID se selecciona el registro para ser transmitida durante el próximo marco de SPI y en los bits 7 - 0: No se utiliza.
MISO: En el canal MISO (pin 12 del TLE7241E) se obtiene respuesta del integrado electrónico TLE7241E hacia el microcontrolador y el integrado TLE7241E responde la siguiente manera: en los bits 12 - 11 se refiere a la extensión comando estos siempre serán 00, en los bits 10-8 son referentes a RID0-2 es de decir registro ID de los contenidos de registro y en los bits 7-0 da referencia RV es decir a la inscripción de contenidos.
En la figura 30 se puede observar la debida conexión del integrado electrónico TLE7241E.
Figura 30: Bloque de potencia con el integrado TLE7241E
Circuito de potencia para el control bomba de combustible.
En la figura 31 se puede observar la debida conexión del TIP31C.
Figura 31: Bloque de potencia control de bomba
2. Análisis económico
Tabla 5: Presupuesto del proyecto
Rubro US$ Fuente de
financiamiento Costos de la
investigación Pago de derecho de titulación
1064,00 Financiación Propia
Copias 9,00 Financiación Propia
Impresiones 100,00 Financiación Propia
Anillado 3,00 Financiación Propia
Empastado 50,00 Financiación Propia
Grabación de CD 1,00 Financiación Propia Costos de
implementación (Instalación)
Financiación Propia
Inyectores 100.00 Financiación Propia Riel de combustible 25.00 Financiación Propia Bomba de combustible 25.00 Financiación Propia Cañerías de combustible 7.75 Financiación Propia Llaves de paso de ½
PVC
3.40 Financiación Propia Neplos de ½ PVC 1.40 Financiación Propia Universal de ½ PVC 5.00 Financiación Propia
Probetas 27.40 Financiación Propia
Importación de
elementos electrónicos
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Driver TLE7241E 17.40 Financiación Propia Regulador 7805 5.00 Financiación Propia Amplificador LM358 1.50 Financiación Propia Transistor TIP 31 1.50 Financiación Propia
ATmega32 27.20 Financiación Propia
Resistencias 7.50 Financiación Propia Capacitores 7.50 Financiación Propia
Diodos 2.00 Financiación Propia
Diodos zener 1.00 Financiación Propia
Diodos led 2.00 Financiación Propia
Potenciometro 2.00 Financiación Propia
Borneras 5.00 Financiación Propia
Cable de protoboard 10.00 Financiación Propia Impresión de tarjetas
electrónicas
180.00 Financiación Propia Varios componentes
electrónicos
25.00 Financiación Propia Conectores tipo banana 15.00 Financiación Propia Encapsulado acrílico 50.00 Financiación Propia Estructura para maqueta 100.00 Financiación Propia
Total 2066.05
3. Manual del usuario
Manual de operación del circuito electrónico experimental con “smart driver” para el control de inyectores de combustible de gasolina empleando el integrado TLE7241E.
Por favor lea este manual detenidamente antes de hacer funcionar la unidad. El conocimiento del correcto uso del circuito le brindará mayor seguridad y un funcionamiento óptimo más prolongado.
¡ADVERTENCIA! Desconecte siempre el equipo de la fuente de alimentación antes de retirar la base del equipo. Si no hace esto antes de realizar cualquier procedimiento, puede sufrir lesiones personales o daños en el equipo.
PELIGRO: El uso del circuito electrónico implica la exposición a gasolina altamente inflamable. Para evitar incendios, explosiones y lesiones graves, hay que tomar siempre precauciones adicionales.
Identificación de las partes del circuito electrónico.
En la figura número 32 proporciona información acerca de los distintos elementos para la activación de los inyectores de combustible.
Figura 32: Circuito electrónico
Funcionamiento del circuito electrónico
1. Conectar el circuito a una fuente de voltaje de 12 V y encienda el circuito electrónico. En la figura 33 nos indica el interruptor de encendido del circuito electrónico.
Figura 33: Circuito electrónico encendido
RIEL DE COMBUSTIBLE INYECTORES DE
COMBUSTIBLE
PROBETAS ELECTRÓNICO CIRCUITO
EXPERIMENTAL
CIRCUITO DE POTENCIA
TLE7241E
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2. Seleccionar el modo de inyección de combustible (secuencial, semisecuencial o Simultánea) o el modo de audio del sensor CKP previamente ya grabado (Ralentí, Media carga o Carga completa) mediante los dip switch.
En la figura 34 los distintos bloques de dip switch para seleccionar el modo de inyección de combustible.
Figura 34: Selección de modo de funcionamiento
a. En caso si desea trabajar con la onda senoidal (audio) conecte el plug de audio y los respectivo dip switch respectivamente.
En las figuras 35 y 36 se observa las conexiones del cable hacia el reproductor de multimedia y la selección de funcionamiento
Figura 35: Circuito electrónico SELECTOR
MODO DE CMP Y CKP
MODO DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE
CONEXIÓN AL REPRODUCTOR DE
Figura 36: Selección de modo de audio
3. Con la ayuda del potenciómetro se podrá aumentar o disminuir la RPM de funcionamiento. Las RPM y el modo de inyección seleccionado se podrán visualizar mediante una pantalla LCD.
En la figura 37 se observa el potenciómetro y la pantalla LCD del circuito electrónico
Figura 37: Potenciómetro y pantalla LCD del circuito electrónico.
Nota:
a. El tiempo de inyección de combustible en modo audio ya está predeterminado mediante los dip swicth.
4. La activación de los inyectores de combustible se podrá observar en las respectivas probetas.
SELECTOR MODO AUDIO
SELECCIÓN DE MODO
CARGA
POTENCIÓMETRO
40
En la figura 38 se observa el riel de combustible, los inyectores de combustible y las probetas donde se podrá observar la inyección de combustible.
Ya definidos tanto el hardware y software del circuito electrónico experimental con “smart driver” para el control de inyectores de combustible de gasolina empleando el integrado TLE7241E se procede a obtener las respectivas ondas del circuito.
En la figura 40 se puede observar los distintos elementos que componen el circuito experimental.
Figura 40: Bloques del circuito electrónico experimental
Obtención de ondas del bloque de entrada
Las simulaciones de la onda de los sensores CMP y CKP se obtiene mediante la tarjeta Arduino UNO en otras palabras la tarjeta electrónica genera las distintas señales para posteriormente las misma sea procesada para el control de activación de los inyectores de combustible.
Además, la onda analógica del sensor CKP será reproducida mediante la generación de audio previamente grabado en un archivo de audio.
BLOQUE FUENTE
BLOQUE DE
ENTRADA BLOQUE DE PROCESAMIENTO
42
Onda analógica de audio del sensor CKP
En la figura 41 nos demuestra la onda de audio grabada del sensor CKP grabada y al momento de ser reproducida esta onda ingresa al circuito amplificador con el integrado LM358 en el pin número tres. Para posteriormente será procesada por el microcontrolador ATmega32 en el pin número 17.
Figura 41: Onda del sensor CKP (Audio)
Simulación de onda digital de los sensores CKP y CMP
En la figura 42 se puede observar las ondas de los sensores CMP y CKP de 60 dientes se obtiene activado el dip switch del pin número ocho de la tarjeta electrónica Arduino UNO. La señal del sensor CMP se obtiene en el pin número doce y la señal del sensor CKP se obtiene el pin número trece de la tarjeta electrónica Arduino UNO.
Figura 42: Onda del sensor CMP y CKP
En la figura 43 se puede observar las ondas de los sensores CMP y CKP de 30 dientes se obtiene activado el dip switch del pin número nueve de la tarjeta electrónica Arduino UNO. La señal del sensor CMP se obtiene en el pin número
CKP (sensor inductivo)
CMP
once y la señal del sensor CKP se obtiene el pin número doce de la tarjeta electrónica Arduino UNO.
Figura 43: Onda del sensor CMP y CKP
Obtención de ondas del bloque de procesamiento
Las ondas del bloque de procesamiento se obtienen desde el microcontrolador ATmega32.
En la figura número 44 se demuestra la comunicación SPI. La figura nos demuestra que cuando el pin SS afirma bajo automáticamente se activa el SCK generando 16 pulsos, además el pin MOSI quien contiene los datos para activar el integrado TLE7241E los mismo que determina la intensidad de corriente para la activación de los inyectores y de la misma manera el integrado TLE7241E automáticamente responde al microcontrolador mediante el canal MISO.
Figura 44: Ondas SPI
CMP
CKP
CSB
CSK
MOSI
44
Onda obtenida del pin SCK y CSB (esclavo)
La figura 45 nos demuestra que cuando el pin CSB afirma bajo automáticamente se activa el SCK generando 16 pulsos, el primer descenso del pin SS es la activación del inyector y el segundo descenso del SS es la desactivación del inyector.
Figura 45: Señal SCK y CSB
Onda obtenida del pin MOSI y MISO
En la figura 46 se puede observar las ondas del pin MOSI emitidas del microcontrolador ATmega32 hacia el integrado TLE7241E y del pin MISO del integrado TLE7241E quien responde hacia el microcontrolador ATmega32.
Figura 46: Señal MOSI y MISO
En este caso la onda MOSI el primer paquete de datos (0000001101000000) es para la activación del inyector a un aproximado de 999.38 mA el mismo está activo según el tiempo que termine el microcontrolador ATmega32 basados en las revoluciones determinadas por los sensores CKP y CMP.
CSB
SCK
MOSI
Detalles del paquete de datos (0000001101000000) del pin MOSI:
B15 (0): Selección del canal a utilizar
B14-B13 (00): Tipo de comando en este caso control de corriente
B12-B10 (000): En este caso no utilizar
B9-B0 (1101000000): Corriente a utilizar en este caso 999.38 mA según el datasheet del integrado.
El segundo paquete de datos (0000000000000000) es para la respectiva desactivación en este caso presenta un pequeño flanco ascendente esto es debido a que el microcontrolador ATmega32 es de 8 bits y el integrado TLE7241E para activar o desactivar los canales de corriente utiliza 16 bits por lo cual se envía la información en dos secciones.
En el caso de la onda MISO proveniente del integrado TLE7241E se puede observar la repuesta hacia el microcontrolador
Obtención de las ondas de los actuadores Activación de inyectores
En la figura 47 se puede observar la onda obtenida en el inyector mediante el integrado electrónico TLE7241E.
Figura 47: Onda del inyector de combustible
Descripción de la onda obtenida del inyector:
El punto "A" es el voltaje suministrado al inyector.
El punto "B" circuito a tierra activación del smart driver. B
E
D C