UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN DISPOSITIVO QUE
PERMITA EL ENCENDIDO DE LOS AUTOMÓVILES DE
SISTEMA CONVENCIONAL, UTILIZANDO UNA PLACA
ELECTRÓNICA QUE CONTROLA EL SISTEMA DE
ENCENDIDO COMANDADO POR VOZ PROGRAMADA.
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
EDISON GEOVANNY PUSAY PINCHAO
DIRECTOR: ING. DIEGO LÓPEZ
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2014
DECLARACIÓN
Yo EDISON GEOVANNY PUSAY PINCHAO, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_______________________
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Diseño e
Implementación de un dispositivo que permita el encendido de los automóviles de sistema convencional, utilizando una placa electrónica que controla el sistema de encendido comandado por voz programada”, que, para aspirar al título de Ingeniero Automotriz fue desarrollado por Edison Pusay, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
___________________ Ing. Diego López
DIRECTOR DELTRABAJO
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN xi
ABSTRACT xii
1. INTRODUCCIÓN 1
2. MARCO TEÓRICO 3
2.1.SISTEMADEARRANQUE 3
2.2.SISTEMADEENCENDIDO 6
2.2.1. TIPOS DE SISTEMAS DE ENCENDIDOS 6 2.2.1.1. Encendido Electrónico Integral DIS 6 2.2.1.2. Encendido COP (Coil on Plug) 7 2.2.2. COMPONENTES DEL SISTEMA DE ENCENDIDO 9
2.2.2.1. Interruptor 9
2.2.2.2. Unidad del Mando de Encendido 10
2.2.2.3. Bobinas de Encendido 10
2.2.2.4. Batería 15
2.3.MÓDULODERECONOCIMIENTOVOZ 16
2.3.1. APLICACIONES 17
2.3.2. ENFOQUE DEL SOFTWARE 17
2.3.3. APRENDER A ESCUCHAR 18
2.3.4. MODO DE ALMACENAMIENTO 18
2.3.4. MODO DE ESCUCHA 19
2.4.MICROCONTROLADOR 19
2.4.1. MEMORIAS 21
2.5.DIODOS 25
2.6.CAPACITOR 26
2.6.1. APLICACIONES 28
2.7.TRANSISTORES 28
2.7.1. TIPOS DE TRANSISTORES - SIMBOLOGÍA 30
ii
2.8.1. CÓDIGO DE COLORES 31
2.9.CONDUCTORESELÉCTRICOS 33
2.9.1. PARTES QUE COMPONEN LOS CONDUCTORES
ELÉCTRICOS 34
2.9.1.1. El alma o elemento del conductor 34
2.9.1.2. El aislamiento 36
2.9.1.3. Las cubiertas protectoras 37 2.9.2. SELECCIÓN DE LOS CONDUCTORES ELÉCTRICOS38 2.10.LCD(LIQUID CRYSTAL DISPLAY) 38
2.10.1. APLICACIONES 39
2.10.2. FUNCIONAMIENTO 40
2.10.2.1. LCD de texto 40
2.10.2.2. LCD de gráficos 41
2.11.LENGUAJEDEPROGRAMACIÓN 41
2.11.1. LENGUAJES DE BAJO NIVEL 42
2.11.2. LENGUAJES DE ALTO NIVEL 42
2.12.PROGRAMACIÓNBASCOMAVR 43
2.12.1. COMO PROGRAMAR CON EL BASCOM AVR 44
3. METODOLOGÍA 47
3.1.DESCRIPCIÓNBÁSICA DELSISTEMADERECONOCIMIENTO
DEVOZ 47
3.2.ELEMENTOSQUECONFORMANELDISPOSITIVODE
CONTROLPARAELSISTEMADEARRANQUE 49
3.2.1. MÓDULO DE RECONOCIMIENTO DE VOZ VRbot 49
3.2.1.1. Características 50
3.2.2. MICROCONTROLADOR PIC. 16f819 51
3.2.2.1. Características 52
3.2.3. RESISTENCIAS 53
3.2.4. CRISTAL DE CUARZO XTAL 54
3.2.5. DIODO LED 54
2.2.6. CAPACITORES 55
iii
3.2.8. DIODOS 4001 56
3.2.9. TRANSISTORES 2N3904 57
3.2.10. REGULADOR DE VOLTAJE 7805 58
3.2.11. LCD 58
3.2.11.1. Características 59
3.3.DISEÑOELECTRÓNICODELDISPOSITIVOQUECONTROLA
ELENCENDIDOPORVOZ 59
3.3.1. ESQUEMA DEL CIRCUITO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL PARA EL SISTEMA DE ENCENDIDO DEL
VEHÍCULO MEDIANTE COMANDOS DE VOZ 60
3.3.2. FUENTE DE ALIMENTACIÓN 61
3.3.4. CALCULOS PARA LA SELECCIÓN DE ELEMENTOS
ELECTRÓNICOS 61
3.3.4.1. Regulador de voltaje 61
3.3.4.2. Indicadores luminosos 62
3.3.4.3. Señales de control 63
3.3.4.4. Circuito de control de potencia 64 3.3.4.5. Selección de protección del circuito 65
3.4.DISEÑOELÉCTRICO 66
3.5.MODÉLOOPERATIVO 67
3.5.1. FASE 1 (PREPARATORIA) 67
3.5.2. FASE 2 (CONSTRUCCIÓN) 68
3.5.2.1. Montaje de elementos activos/ pasivos 69
3.5.3. FASE 3 FINALIZACIÓN 70
3.6.INSTALACIÓNDELDISPOSITIVOENELVEHÍCULO 71
3.7.PRUEBADELEQUIPO 73
3.7.1. PRUEBA DEL PRIMER COMANDO (AUTO) 76 3.7.2. PRUEBA DEL SEGUNDO COMANDO (PRENDER) 77 3.7.3. PRUEBA DEL TERCER COMANDO (APAGAR) 79 3.7.4. PRUEBAS DEL EQUIPO CON PERSONAS DEL
DIFERENTE GÉNERO 80
iv
3.7.4.2. PROCEDIMIENTO 80
3.7.4.3. PRUEBA DEL MÓDULO DE
RECONOCIMIENTO EN EL CASO A Y B 81
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS 86
4.1.ANÁLISISDELMÓDULODERECONOCIMIENTODE
RECONOCIMIENTODEVOZVRBOT 86
4.2.ANÁLISISCONRESPECTOALAUBICACIÓNYRUIDOQUE EXISTEENELENTORNODELVEHÍCULOYMÓDULODE
CONTROLDEVOZ 87
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 88
5.1.CONCLUSIONES 88
5.2.RECOMENDACIONES 89
BIBLIOGRAFÍA 91
GLOSARIO DE TÉRMINOS 94
v
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Tabla comparativa entre memorias 23
Tabla 2. Tipos y aplicaciones de los microcontroladores 24
Tabla 3. Valores de código de colores 33
Tabla 4. Comandos del Módulo. 48
Tabla 5. Características del PIC 16f819 52
Tabla 6. Características y condiciones del diodo 4001 56
Tabla 7. Parámetros electrónicos del dispositivo de control 59
Tabla 8. Características de los textos empleados en los comando de
activación 80
Tabla 9. Características de los participantes 80
vi
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Circuito de arranque de un automóvil 3
Figura 2. Componentes del circuito de arranque de un automóvil 4
Figura 3. Conexiones al motor de arranque 5
Figura 4. Esquema Eléctrico del EEI DIS 7
Figura 5. Esquema Eléctrico del EEI COP 8
Figura 6. Fotografía de las posiciones del Interruptor 9
Figura 7. Fotografía de una Unidad de Mando de Encendido 10
Figura 8. Fotografía de una bobina de ignición DIS 11
Figura 9. Esquema eléctrico de una bobina DIS con transistor Incorporado13
Figura 10. Esquema eléctrico de una bobina COP simple 13
Figura 11. Esquema eléctrico de una bobina COP con transistor incorporado 14
Figura 12. Esquema eléctrico de una bobina COP con módulo incorporado 15
Figura 13. Fotografía Batería 16
Figura 14. Fotografía Módulo de reconocimiento de voz 17
Figura 15. Diagrama en bloque de un microcontrolador 20
Figura 16. Estructura de un microcontrolador 22
Figura 17. Partes de un diodo 25
Figura 18. Fotografía de un Condensador 27
Figura 19. Fotografía de las partes de un Transistor 29
Figura 20. Forma de transistores 30
Figura 21. Simbología de las diferentes formas de los transistores 30
Figura 22. Fotografía de una Resistencia 31
Figura 23. Estructura de una Resistencia eléctrica 32
Figura 24. Fotografía Conductores eléctricos 34
Figura 25. Fotografía de un Alambre 35
Figura 26. Fotografía de un Cable 35
Figura 27. Fotografía de un Cable mono conductor 36
vii
Figura 29. Fotografía de las partes de un conductor 38
Figura 30. Fotografía Pantallas LCD 39
Figura 31. Componentes de una pantalla de cristal líquido (LCD) 40
Figura 32. Entorno de la ventana programación BASCOM 43
Figura 33. Vista de una ventana de Bascom 46
Figura 34. Vista de la ventana del Simulador de programa Bascom 46
Figura 35. Diagrama de bloques de funcionamiento del Dispositivo del
control de encendido 47
Figura 36. Fotografía Módulo de reconocimiento de voz 49
Figura 37. Fotografía de datos técnico y distribución de las señales de
conexión del módulo 50
Figura 38. Fotografía PIC 16f819 51
Figura 39. Fotografía Resistencia 4.7 Ω 53
Figura 40. Fotografía Resistencia 200 Ω 53
Figura 41. Fotografía Cristal XTAL 54
Figura 42. Fotografía Diodo Led 54
Figura 43. Fotografía Capacitor 55
Figura 44. Fotografía Relé 56
Figura 45. Fotografía Diodo 4001 57
Figura 46. Fotografía Transistor 2N3904 57
Figura 47. Fotografía Regulador de voltaje 7805 58
Figura 48. Fotografía pantalla LDC 58
Figura 49. Esquema completo del circuito del dispositivo de control 60
Figura 50. Esquema completo del circuito del dispositivo De la alimentación 61
Figura 51. Circuito de regulación de voltaje 61
Figura 52. Circuito de indicadores luminoso 63
Figura 53. Circuito del opto acoplador 63
Figura 54. Circuito de control de potencia 64
Figura 55. Circuito de control de potencia 66
Figura 56. Circuito eléctrico de interface 66
viii
Figura 58. Fotografía de las pistas placa 1 de reconocimiento de voz 68
Figura 59. Fotografía de las pistas placa 2 de la placa de control 68
Figura 60. Fotografía de las perforaciones de la placa impresa 69
Figura 61. Fotografía del ensamblaje de los componentes 70
Figura 62. Fotografía del dispositivo de control de encendido 71
Figura 63. Fotografía de localización del cable de alimentación 12V 72
Figura 64. Fotografía de localización de los cables en paralelo 72
Figura 65. Fotografía de localización de sockets en los cables del módulo y
el vehículo 73
Figura 66. Fotografía Chevrolet Corsa 74
Figura 67. Fotografía del dispositivo de encendido mediante la voz 74
Figura 68. Fotografía del dispositivo de encendido mediante la voz listo para
ser usado 75
Figura 69. Fotografía del dispositivo de encendido mediante la voz listo para
ingresar comandos de voz 75
Figura 70. Fotografía del dispositivo de encendido mediante la voz activado
el primer comando 76
Figura 71. Fotografía activación de accesorios en el vehículo 76
Figura 72. Fotografía del dispositivo indicando los comandos 2 y 3 listo para
su activación 77
Figura 73. Fotografía del dispositivo reconociendo el segundo comando 78
Figura 74. Fotografía del dispositivo de encendido mediante la voz activado
el segundo comando 78
Figura 75. Fotografía del dispositivo de encendido mediante la voz listo para
ingresar el tercer comando 79
Figura 76. Fotografía del dispositivo de encendido mediante la voz
desactivado 79
Figura 77. Variación de voltaje según nivel de frecuencia presente en la vos
del caso A en el primer comando de voz 82
Figura 78. Variación de voltaje ancho de frecuencia se 0.9 s presente en la
vos del caso A en el segundo comando de voz 82
ix
del caso A en el tercer comando de voz 83
Figura 80. Variación de voltaje según nivel de frecuencia presente en la vos
del caso B en el primer comando de voz 83
Figura 81. Variación de voltaje según nivel de frecuencia presente en la vos
del caso B en el segundo comando de voz 84
Figura 82. Variación de voltaje según nivel de frecuencia presente en la vos
del caso B en el tercer comando de voz 84
Figura 83. Fotografía del dispositivo cuando no reconoce los comandos de
x
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
ANEXO 1 95
Programa del microcontrolador
ANEXO 2 99
Circuito eléctrico del dispositivo de comunicación
ANEXO 3 100
xi
RESUMEN
Se diseñó e implemento un dispositivo capaz de controlar el encendido y arranque del vehículo mediante comandos de voz, con la finalidad de optimizar el tiempo y comodidad a los usuarios al manipular las llaves del switch, se emplearon técnicas de investigación, métodos lógicos, y sistemáticos para la construcción de la placa electrónica del dispositivo, mediante la determinación de componentes y la relación que existe entre usuario y módulo de reconocimiento de voz VRbot, LCD para la visualización de los mensajes, también los diferentes tipos de encendidos y los diferentes elementos que conforman el circuito. Ya con todos los elementos principales a disposición se diseñó el circuito tomando en cuenta parámetros como el suministro de voltaje por medio de la batería del vehículo y la carga que ejerce el circuito en el sistema de generación de energía del automóvil. Posterior al diseño se construyó el circuito en la placa electrónica. Y se lo colocó en forma de paralelo con respecto al switch de encendido. El sistema de encendido mediante un módulo de reconocimiento de voz funciona cuando a la tarjeta se ingresa señales de audio mediante un micrófono, estas señales son procesadas por el módulo de reconocimiento de voz, la salida de este entrega datos binarios, que son acoplados a un
microcontrolador, este mediante programación muestra los datos visualizados en un display, el cual refleja el comando de voz que se emitió.
xii
ABSTRACT
We designed and implemented a device capable of controlling the ignition and start the vehicle using voice commands, in order to optimize the time and convenience to users to manipulate the switch keys, research techniques, logical methods were used, and systematic construction of the circuit board of the device, by identifying components and the relationship between user and module voice recognition VRbot, LCD for displaying messages, also dif-ferent types of ignitions and the difdif-ferent elements that make up the circuit. With all the main elements available to the circuit taking into account parame-ters such as supply voltage through the vehicle battery and the load exerted by the circuit in the power generation system was designed car. Subsequent
to design the circuit was built on the electronic board. And he was placed as parallel to the ignition switch. The ignition system module voice recognition
1 El presente proyecto está enfocado al encendido de un vehículo mediante la voz, el cual deberá ser debidamente probado. Para poder realizarlo, en este
trabajo es necesario entender el funcionamiento de cada uno de los componentes y conceptos que se emplearan en el proyecto.
El reconocimiento de voz automático es el proceso por el cual un computador convierte una señal acústica de voz ha texto. Se ha comprobado que el reconocimiento de voz es una gran herramienta que no ha sido desarrollada en nuestro país, y que ofrece una comunicación directa y confiable entre el hombre y la máquina. Es así que ahora se puede controlar a todo tipo de maquinaria por medio de nuestras voces y con palabras comunes como si estuviésemos hablando con los operarios de las mismas industrias.
La señal del micro controlador será enviada a un relé el cual nos permitirá controlar la activación del circuito de encendido. Los contactos del relé pueden utilizarse para controlar prácticamente cualquier tipo de elemento eléctrico o electrónico, los interruptores activados por sonido también pueden emplearse para accionar automáticamente sin duda, el lector encontrara muchas más aplicaciones para ellos.
El objetivo es diseñar e implementar un dispositivo que nos permita controlar electrónicamente por comandos de voz el encendido de un vehículo.
Investigando técnicas de reconocimiento de voz e instalando cada uno de los elementos electrónicos en la placa que forma el dispositivo de control para el sistema de arranque y encendido.
2 mismo. La electrónica está muy incorporada al ámbito automotriz por lo cual un Ingeniero automotriz debe estar en capacidad de realizar trabajos de
mantenimiento electrónico como también el de ayudar con nuevas ideas para facilitar el manejo, comodidad y seguridad del automóvil, es por eso que hoy y en día la implementación de nuevos dispositivos en el automóvil han venido satisfaciendo las necesidades de las personas, proveyendo de nuevos servicios que son atractivos por la funcionalidad y sencillez de estos.
Puesto que las aplicaciones electrónicas van avanzando de manera incontrolada por ende, es imprescindible la ayuda de este sistema para optimizar la utilización de diferentes accesorios y sistemas que conforman un vehículo, y así mejorar la seguridad del mismo tanto en la ciudad como sus alrededores, ya que el mismo solo podrá ser utilizado por personas que conozcan del sistema y comandos de voz a utilizarse.
Por lo tanto es muy interesante implementar este tipo de tecnología al sector automotriz siendo una propuesta atractiva, y que a futuro todos los autos podrían contar con este dispositivo de mucha ayuda y seguridad para las personas propietarias de este tipo de automóviles.
En esta investigación se ha logrado desarrollar un dispositivo electrónico
capaz de activar: accesorios, encendido y apagado del vehículo, los cuales son realizados de acuerdo a las órdenes emitidas por un administrador a
través de comandos de voz.
3
2.1. SISTEMA DE ARRANQUE
El circuito de arranque es uno de los más simples del automóvil, aunque es también un gran consumidor de energía y ello hace que tenga que ser muy robusto. Consta fundamentalmente del llamado motor de arranque, que encontramos siempre adosado al motor térmico en la zona de su volante de inercia con corona dentada, y participa de las funciones de la batería la cual cede la energía eléctrica para que el motor de arranque pueda voltear el citado volante y con él al cigüeñal del motor térmico. También participa de las funciones del interruptor de encendido del modo que vamos a ver a continuación. Pueden destacarse los siguientes componentes:
1) Motor de arranque 2) Batería
3) Interruptor de encendido
4) Relé
Figura 1. Circuito de arranque de un automóvil
4 relé que hace las veces de un interruptor conmutador, recibe corriente de mando procedente del interruptor de encendido a través de su conector.
De este modo la corriente de mando es una corriente muy débil en comparación con la que el motor de arranque recibe de la batería que es particularmente intensa (del orden de más de 200 amperios en motores pequeños) (Gil, 2002).
En este proceso intervienen los siguientes componentes: 1) Motor de arranque
2) Batería
3) Interruptor de encendido
4) Relé
Figura 2. Componentes del circuito de arranque de un automóvil
(Gil, 2002)
5 también el cable procedente del alternador. Por otra parte están los cables precedentes del Interruptor de contacto por el que se proporciona la
corriente que excitará el devanado del relé con lo que se cumple su función de conmutador.
En algunos casos, procedente del interruptor de encendido sólo llega un cable ya que el retomo puede efectuarse por masa, según el diseño de la Instalación (Guevara, 2010).
Por último, el cable establece el paso de la corriente intensa hacia los bobinados del motor de arranque, lo que determina su giro. Podemos apreciar cada uno de los componentes en el siguiente gráfico, visibilizándose lo siguiente:
1) Cable de batería de motor de arranque
2) Cable del Alternador
3) Cables del interruptor de contacto
4) Cable de corriente hacia los bobinados del motor de arranque
Figura 3. Conexiones al motor de arranque
6
2.2. SISTEMA DE ENCENDIDO
Los motores necesitan una forma de iniciar la ignición del combustible dentro del cilindro. En los motores Otto, el sistema de ignición cumple la función principal que es la de convertir energía eléctrica de baja tensión en alta tensión y distribuirla a cada uno de los cilindros del motor; consiste en algunos elementos tales como: bobina de encendido, cables de bujías(dependiendo el sistema de encendido será la el tipo de bobina y si es necesario tener cables de bujías), bujías, distribuidor, sensores de posición del cigüeñal (sistemas de inyección electrónica), rotores, módulos de encendido, etc.; esto genera un impulso que está sincronizado con la etapa de compresión de cada uno de los cilindros; el impulso se lleva al cilindro correspondiente (aquel que está comprimido en ese momento) utilizando un
distribuidor rotativo y unos cables de grafito que dirigen la descarga de alto voltaje a la bujía. El dispositivo que produce la ignición es la bujía que, fijado
en cada cilindro, dispone de dos electrodos separados unos milímetros, entre los cuales el impulso eléctrico produce una chispa, que inflama el combustible.
En los sistemas de encendido electrónico se han llegado a eliminar partes mecánicas del encendido como los es el generador de impulsos, el mecanismo de avance por depresión, el mecanismo de avance centrifugo, e incluso el distribuidor en su totalidad. Detalladamente hablaremos en cada uno de los Sistemas de encendido más utilizados en la actualidad a continuación (Alonso, 2007).
2.2.1. TIPOS DE SISTEMAS DE ENCENDIDOS
2.2.1.1. Encendido Electrónico Integral DIS
7 Se diferencia del sistema de encendido tradicional al suprimir el distribuidor, para con esto eliminar los elementos mecánicos, que siempre están
propensos a sufrir desgastes y averías.
Tienen un gran control sobre la generación de la chispa ya que hay más tiempo para que la bobina genere el suficiente campo magnético para hacer saltar la chispa que inflame la mezcla, en altas revoluciones.
Las interferencias eléctricas del distribuidor son eliminadas por lo que se mejora la fiabilidad de funcionamiento del motor (IES Mateo Alemán, 2010).
Figura 4. Esquema Eléctrico del EEI DIS
(IES Mateo Alemán, 2010)
2.2.1.2. Encendido COP (Coil on Plug)
8 Esta particularidad, es que no disponen de cables de alta, es decir van ubicadas justo arriba de cada bujía, con lo cual se simplifica resistencia a la
alta tensión y se mejora la eficiencia del quemado.
Este tipo de sistema sin distribuidor acerca la bobina, incluso más, a la bujía. Se desarrolló de modo que la combustión pudiera controlarse cilindro por cilindro. Esto se traduce en mejores emisiones, consumo y rendimiento.
Figura 5. Esquema Eléctrico del EEI COP
(Booster, 2010).
9 utilizan una combinación de bobina y módulo, lo que significa que cada bobina tiene su propio circuito de control, activado por el PCM. Otros utilizan
módulos de montaje remoto para la activación de las bobinas.
2.2.2. COMPONENTES DEL SISTEMA DE ENCENDIDO
2.2.2.1. Interruptor
Este interruptor de varias posiciones se acciona con la llave de contacto. La primera posición permite utilizar determinados componentes eléctricos como la llave o la calefacción.
Figura 6. Fotografía de las posiciones del Interruptor
La siguiente posición activa todo el sistema eléctrico del automóvil y el sistema de encendido del motor. Todas las luces de aviso se encenderán, lo cual permite al conductor asegurarse que no falla ninguna de las lámparas.
Todos los componentes eléctricos que estén encendidos en ese momento entrarán en funcionamiento. En la siguiente posición se pondrá en marcha el
10
2.2.2.2. Unidad del Mando de Encendido
Funciones que sume:
1. Cálculo del ángulo de encendido:
– Magnitudes básicas: Número de revoluciones del motor, carga del motor – Magnitudes correctoras: Temperatura del motor, Temperatura del aire de
admisión, Sensor de picado, Posición de la válvula de mariposa 2. Adaptación del ángulo de encendido:
– Función del número de revoluciones – Función de la tensión de batería
3. Cálculo del ángulo de cierre
4. Regulación de la combustión detonante
Figura 7. Fotografía de una Unidad de Mando de Encendido
2.2.2.3. Bobinas de Encendido
11
Bobina del tipo DIS
Es aquella que se llama un transformador puro, en esta bobina se presenta una activación del primario y en el secundario, se tiene un circuito que pasa por dos cilindros al mismo tiempo, se le denomina también de "chispa perdida" debido a que salta la chispa en dos cilindros a la vez, por ejemplo, en un motor de 4 cilindros saltaría la chispa en el cilindro nº 1 y 4 a la vez o nº 2 y 3 a la vez. En un motor de 6 cilindros la chispa saltaría en los cilindros nº 1 y 4, 2 y 5 o 3 y 6.
Figura 8. Fotografía de una bobina de ignición DIS
(IES Mateo Alemán, 2010)
Al producirse la chispa en dos cilindros a la vez, solo una de las chispas será aprovechada para provocar la combustión de la mezcla, y será la que
coincide con el cilindro que está en la carrera de final de "compresión", mientras que la otra chispa no se aprovecha debido a que se produce en el cilindro que se encuentra en la carrera de final de "escape”. La alimentación
12 para un buen funcionamiento que este se encuentre siempre en valores adecuados. Por el otro lado del circuito primario, se encuentra la activación
de la bobina. Esta activación es dada por una masa la cual proviene directamente del PCM, esta masa la coloca un transistor de potencia o un circuito integrado que cumpla esta función.
La gestión electrónica que permite calcular el momento exacto para generar el pulso de masa al primario de la bobina, estará dado por la respectiva posición del CKP y el CMP que es leída por sus respectivos sensores. Adicionalmente la duración y avance de este pulso dependen de la respectiva carga del motor y las condiciones de operación (IES Mateo Alemán, 2010).
Bobina DIS con transistor incorporado
En este caso saldrán 4 cables hacia el PCM, donde encontramos dos cosas fijas que son la alimentación y la masa, y los otros dos conductores son las respectivas señales para cada uno de los transistores de potencia.
En este tipo de bobina encontramos una serie de pulsos desde el PCM hacia
13
Figura 9. Esquema eléctrico de una bobina DIS con transistor Incorporado
(Booster, 2010)
Bobinas COP 2 pines
La configuración más sencilla de este tipo de bobinas es en la cual tiene dos Pines de conexión, es este caso tenemos un transformador sencillo, en donde se tiene un devanado primario y uno secundario alrededor de un núcleo de hierro.
Figura 10. Esquema eléctrico de una bobina COP simple
14
Bobinas COP 3 pines o con transistor de potencia incorporado
Este tipo de bobinas incorpora un transistor de los mencionados anteriormente en la sección de bobinas DIS, por lo tanto el comando de ellas va a estar dado por el PCM a través de pulsos, pero a diferencia de las bobinas DIS, encontramos una bobina por cilindro este tipo de bobinas esta conexionado por medio de tres pines en la imagen inferior encontramos una usual bobina de este tipo.
Figura 11. Esquema eléctrico de una bobina COP con transistor incorporado
Bobinas COP 4 pines o con transistor de potencia incorporado
15
Figura 12. Esquema eléctrico de una bobina COP con módulo incorporado
(IES Mateo Alemán, 2010)
2.2.2.4. Batería
Es un acumulador y proporciona la energía eléctrica para el motor de arranque de un motor de combustión, como por ejemplo de un automóvil, de un alternador del motor o de la turbina de gas de un avión.
Las baterías que se usan como fuente de energía para la tracción de un vehículo eléctrico se les denominan baterías de tracción. Los vehículos híbridos pueden utilizar cualquiera de los dos tipos de baterías.
El arranque de un motor de combustión por medio del motor de arranque requiere durante un breve espacio de tiempo corrientes muy elevadas de
entre cientos y miles de amperios. La batería de arranque ha de cumplir este requisito también en invierno a bajas temperaturas.
16
Figura 13. Fotografía Batería
2.3. MÓDULO DE RECONOCIMIENTO VOZ
El módulo está programado para el reconocimiento de palabras que desea que reconozca el usuario.
Para el control y el comando de un dispositivo (ordenador, VCR, TV sistema de seguridad, etc.) por hablar mediante este módulo, será más fácil, mientras que la eficiencia y la eficacia de trabajar con ese dispositivo aumentara.
En su nivel más básico de reconocimiento de voz permite al usuario realizar Tareas en paralelo, (es decir, las manos y los ojos están ocupados en otros lugares), mientras sigue trabajando con el ordenador o dispositivo.
Este circuito permite experimentar con múltiples facetas de la tecnología de
Reconocimiento de voz.
El circuito opera en el modo manual. El modo manual permite la
17
Figura 14. Fotografía Módulo de reconocimiento de voz
(osCommerce, 2012)
2.3.1. APLICACIONES
Son numerosas las posibles aplicaciones del módulo de reconocimiento de voz. Algunas sugerencias:
Sistemas de control de propósito general que se deseen gobernar mediante voz.
Automatización de aplicaciones en el ámbito doméstico.
Control de acceso por voz.
Sistemas robóticos controlados por voz.
2.3.2. ENFOQUE DEL SOFTWARE
18 computadoras del sistema operativo (Windows, OS / 2, etc.) La desventaja de este enfoque es la necesidad de un ordenador. Si bien estos programas
de voz son impresionantes, no es económicamente viable para los fabricantes para añadir en el sistema de control de una lavadora o de la videograbadora. En el mejor de los programas de añadir es la transformación requerida de la CPU del ordenador. Hay una notable ralentización en el funcionamiento y las funciones de la computadora cuando el reconocedor de voz está activado.
2.3.3. APRENDER A ESCUCHAR
Tomamos nuestra capacidad de escuchar por sentado. Por ejemplo, somos capaces de escuchar a una persona hablar entre varios en una fiesta. Nos subconscientemente filtrar las conversaciones y el sonido extemporánea. Esta capacidad de filtrado es más allá de las capacidades de los actuales sistemas de reconocimiento de voz. El reconocimiento de voz no es la palabra. Comprender el significado de las palabras es una función intelectual superior. Debido a que una computadora puede responder a una voz de mando no quiere decir que entiende el comando hablado. Sistema de reconocimiento de voz que un día tienen la capacidad de distinguir los matices lingüísticos y el significado de las palabras, a "hacer lo que quiero decir, no lo que digo"
2.3.4. MODO DE ALMACENAMIENTO
19
2.3.4. MODO DE ESCUCHA
En este modo de funcionamiento igualmente que el anterior, el módulo de reconocimiento de voz primero digitaliza la señal de voz y luego compara con las palabras anteriormente almacenada en la memoria SRAM, y si coincide con alguna palabra anteriormente almacenada esta nos proporciona una salida digital. Este valor digital depende de la localización en la que almacena dicha palabra.
Existen casos en los cuales las palabras que ingresan al módulo son de muy larga duración o al contrario muy cortas o simplemente no coinciden con las palabras almacenadas, para estos casos el módulo ya tiene preestablecido diferentes datos de salida que le indica al usuario el error en que está incurriendo (Images SI, 2012).
2.4. MICROCONTROLADOR
Este dispositivo electrónico es un circuito integrado que contiene los componentes de una computadora. Se emplea para controlar el funcionamiento de una tarea determinada y, debido a su reducido tamaño, suele ir incorporado en el propio dispositivo al que gobierna.
Los microcontroladores son diseñados para aplicación de control de Máquinas, más que para interactuar con humanos.
Micro porque son pequeños, y controladores, porque controlan máquinas o Incluso otros controladores. Los Microcontroladores, por definición entonces,
20
Figura 15. Diagrama en bloque de un microcontrolador
(Reyes, 2011)
Un microcontrolador dispone normalmente de los siguientes componentes:
Procesador o UCP (Unidad Central de Proceso).
Memoria RAM para Contener los datos.
Memoria para el programa tipo ROM/PROM/EPROM/EEPROM & FLASH.
Líneas de (entrada / salida) para comunicarse con el exterior.
Diversos módulos para el control de periféricos (temporizadores,
Puertos Serie y Paralelo, A/D y D/A, etc.).
Generador de impulsos de reloj que sincronizan el funcionamiento de
todo el sistema.
21 Como el microprocesador. El microcontrolador es en definitiva un circuito integrado que incluye todos los componentes de un computador. Debido a su
reducido tamaño es posible montar el controlador en el propio dispositivo al que gobierna. En este caso el controlador recibe el nombre de controlador empotrado (embedded controller) (Reyes, 2011).
2.4.1. MEMORIAS
En los microcontroladores la memoria de instrucciones y datos está integrada en el propio chip. Una parte debe ser no volátil, tipo ROM, y se destina a contener el programa de instrucciones que gobierna la aplicación. Otra parte de memoria será tipo RAM, volátil, y se destina a guardar las variables y los datos.
Hay dos peculiaridades que diferencian a los microcontroladores de los computadores personales:
No existen sistemas de almacenamiento masivo como disco duro o disquetes. Como el microcontrolador sólo se destina a una tarea en la memoria ROM, sólo hay que almacenar un único programa de trabajo.
La RAM en estos dispositivos es de poca capacidad pues sólo debe contener las variables y los cambios de información que se produzcan en el
transcurso del programa. Por otra parte, como sólo existe un programa activo, no se requiere guardar una copia del mismo en la RAM pues se ejecuta directamente desde la ROM. Los usuarios de computadores personales están habituados a manejar Megabytes de memoria, pero, los diseñadores con microcontroladores trabajan con capacidades de ROM comprendidas entre 512 bytes y 8 k bytes y de RAM comprendidas entre 20 y 512 bytes.
22 versiones de memoria no volátil que se pueden encontrar en los microcontroladores del mercado (osCommerce, 2012).
Figura 16. Estructura de un microcontrolador
23
Tabla 1. Tabla comparativa entre memorias
Tipo Categoría Borrado Alterable
por byte Volátil Aplicación Típica
SRAM Lectura-Escritura Electrónico Si Si Caché
DRAM Lectura-Escritura Electrónico Si Si Memoria principal
ROM Solo lectura Imposible No No
Equipos (Volumen
de producción
grande)
PROM Solo lectura Imposible No No
Equipos (Volumen
de producción
pequeña)
EPROM Principalmente
lectura Luz UV No No Prototipos
EEPROM Principalmente
lectura Electrónico Si No Prototipos
24
Tabla 2. Tipos y aplicaciones de los microcontroladores
BITS CAMPO DE APLICACIÓN EJEMPLOS FABRICANTES
4 -Aplicaciones sensibles al
coste(Juguetes, etc)
-Número limitada de entradas y
salidas
-Entornos industriales específicos
-Telefonía y electrodomésticos
HMCS 400
PD75P316A
HITACHI NEC
NATIONAL
8 -Entorno y datos orientados al
byte
-Aplicaciones sensibles al costo
-Periféricos inteligentes y
controladores: teclados, unidades
de disco, displays etc.
-Posibilidad de programación en
alto nivel: Basic, PLM, etc.
MCS 51 6BHC11
ZB, SuperZB COP800 INTEL, SIEMENS, PHILIPS, AMD MOTOROLA, SGS, TOSHIBA, HIT ZILOG, SGS NATIONAL
16 -Manejo de operaciones de 16 bits
-Mayor velocidad, operaciones
matemáticas
-Manejo de grandes volúmenes de
datos
-Apropiado para construcción de
DSP´s
-Industria del automóvil, grandes
periféricos
50186 8096 TMS
320 HB/300
NTEL,AMD INTEL
TEXAS (DSP)
HITACHI (8/16)
32 -Manejo de grandes cantidades de
datos
-Gran capacidad de
direccionamiento de memoria
-Impresoras láser, interpretes
Pasterip
- Pantallas gráficas de muy alta
resolución
1860 1960 60300
340X0
INTEL (3-D) INTEL
(Militar)
MOTOROLA
25
2.5. DIODOS
Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologías de alta potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y un cátodo.
De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua.
Figura 17. Partes de un diodo
(S.M, 2010)
26 un tubo de cristal, con un aspecto similar al de las lámparas incandescentes. El invento fue desarrollado en 1904 por John Ambrose Fleming, empleado
de la empresa Marconi, basándose en observaciones realizadas por Thomas Alva Edison.
Al igual que las lámparas incandescentes, los tubos de vacío tienen un filamento (el cátodo) a través del cual circula la corriente, calentándolo por efecto Joule. El filamento está tratado con óxido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al vacío circundante los cuales son conducidos electrostáticamente hacia una placa, curvada por un muelle doble, cargada positivamente (el ánodo), produciéndose así la conducción. Evidentemente, si el cátodo no se calienta, no podrá ceder electrones. Por esa razón, los circuitos que utilizaban válvulas de vacío requerían un tiempo para que las válvulas se calentaran antes de poder funcionar y las válvulas se quemaban con mucha facilidad (S.M, 2010).
2.6. CAPACITOR
En electricidad y electrónica, un condensador o capacitor es un dispositivo que almacena energía eléctrica, es un componente pasivo. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de tablas, esferas o láminas, separados por un material dieléctrico (siendo este utilizado en un condensador para disminuir el campo eléctrico, ya que actúa como aislante) o por el vacío, que, sometidos a una diferencia de potencial (d.d.p.) adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de las placas y negativa en la otra (siendo nula la carga total almacenada).
27
Figura 18. Fotografía de un Condensador
En el Sistema internacional de unidades se mide en Faradios (F), siendo 1 faradio la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras a una d.d.p. de 1 voltio, estas adquieren una carga eléctrica de 1 culombio.
La capacidad de 1 faradio es mucho más grande que la de la mayoría de los condensadores, por lo que en la práctica se suele indicar la capacidad en micro- μF = 10-6
, nano- F = 10-9 ó
pico- F = 10-12 -faradios.
El valor de la capacidad de un condensador viene definido por la fórmula siguiente: C = Q1 / V1 – V2 = Q2 / V2 – V1 De donde:
C: Capacidad.
Q1: Carga eléctrica almacenada en la placa 1. V1-V2: Diferencia de potencial entre la placa 1 y la 2.
28 repentino del flujo de energía almacenando una cantidad de la misma dentro de ellos.
La capacidad de los condensadores depende no solo de los materiales “dieléctricos” que usan los diferentes fabricantes, sino también de la
distancia que tienen las placas de separación. El flujo de protones y electrones dentro del capacitor dependen de la distancia que los separa, pues dicha distancia facilita o impide el más rápido traspaso de contaminante a las placas.
Los inductores o bobinas eléctricas constan de una serie de alambres enredados de manera uniforme alrededor de un núcleo que en la mayoría de veces es de hierro para que el flujo de energía eléctrica que pase por el alambre, de ciertas vueltas que originen un campo magnético dentro y alrededor del núcleo. Si hablamos en incorporar condensadores en circuitos básicos, obtenemos que los condensadores conectados en serie se comporten como resistores en paralelo; y cuando se conectan en paralelo se comportan como resistores en serie. Por lo tanto, la capacidad de los capacitores es inversamente proporcional a la tensión aplicada.
2.6.1. APLICACIONES
Los condensadores suelen usarse para: Baterías, por su cualidad de almacenar energía. Memorias, por la misma cualidad. Filtros. Adaptación de impedancias, haciéndolas resonar a una frecuencia dada con otros componentes mantener corriente en el circuito y evitar caídas de tensión (Manu, 2011).
2.7. TRANSISTORES
29 diseño de circuitos electrónicos de reducido tamaño, gran versatilidad y facilidad de control.
Vienen a sustituir a las antiguas válvulas termoiónicas de hace unas
décadas. Gracias a ellos fue posible la construcción de receptores de radio portátiles llamados comúnmente "transistores", televisores que se encendían en un par de segundos, televisores en color... Antes de aparecer los
transistores, los aparatos a válvulas tenían que trabajar con tensiones bastante altas, tardaban más de 30 segundos en empezar a funcionar, y en ningún caso podían funcionar a pilas, debido al gran consumo que tenían.
Figura 19. Fotografía de las partes de un Transistor
(Aladro, 2000)
Los transistores tienen multitud de aplicaciones, entre las que se encuentran:
Amplificación de todo tipo (radio, televisión, instrumentación)
30 Conmutación, actuando de interruptores (control de relés, fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura de impulsos PWM)
Detección de radiación luminosa (fototransistores)
Los transistores de unión (uno de los tipos más básicos) tienen 3 terminales llamados Base, Colector y Emisor, que dependiendo del encapsulado que tenga el transistor pueden estar distribuidos de varias formas.
Figura 20. Forma de transistores
(Aladro, 2000)
2.7.1. TIPOS DE TRANSISTORES - SIMBOLOGÍA
Existen varios tipos que dependen de su proceso de construcción y de las aplicaciones a las que se destinan.
Figura 21. Simbología de las diferentes formas de los transistores
31
2.8. RESISTENCIA ELÉCTRICA
Se considera resistencia eléctrica, a la oposición que encuentra la corriente eléctrica para circular a través de dicha conductor. Su valor viene dado en ohmios, se designa con la letra griega omega mayúscula (Ω), y se mide con el Ohmímetro.
Las resistencias se utilizan en los circuitos para limitar el valor de la corriente o para fijar el valor de la tensión.
Figura 22. Fotografía de una Resistencia
2.8.1. CÓDIGO DE COLORES
32
Figura 23. Estructura de una Resistencia eléctrica
(Hewitt, 2012)
Estos valores son denominados con un conjunto de rayas de colores sobre el cuerpo de las resistencias. Son tres, cuatro o cinco rayas; dejando la raya de tolerancia.
33 en Ohmios (Ω). El coeficiente de temperatura únicamente se aplica en resistencias de alta precisión (tolerancia menor del 1%) (Mantra, 2013).
Tabla 3. Valores de código de colores
C
OLOR DE
LA
BANDA
VALOR
DE LA 1
CIFRA
VALOR DE
LA 2
CIFRA
MULTIPLICADOR TOLERANCIA COEFICIENTE
DE
TEMPERATURA
Negro - 0 1 - -
Marrón 1 1 10 ±1% 100ppm/ºC
Rojo 2 2 100 ± 2% 50ppm/ºC
Naranja 3 3 1000 - 50ppm/ºC
Amarillo 4 4 10000 - 25ppm/ºC
Verde 5 5 100000 ± 0.5% -
Azul 6 6 1000000 - 10ppm/ºC
Violeta 7 7 - - 5ppm/ºC
Gris 8 8 - - -
Blanco 9 9 - - 1ppm/ºC
Dorado - - 0.1 ±5% -
Plateado - - 0.01 ±10% -
Ninguno - - - ±20% -
2.9. CONDUCTORES ELÉCTRICOS
Se lo conoce o define a un conductor eléctrico como aquel cuerpo que puesto en contacto con un cuerpo cargado de electricidad transmite ésta a
todos los puntos de su superficie.
34
Figura 24. Fotografía Conductores eléctricos
(Graña, 2010)
2.9.1. PARTES QUE COMPONEN LOS CONDUCTORES ELÉCTRICOS
Estas son tres muy diferenciadas:
2.9.1.1. El alma o elemento del conductor
Se fabrica en cobre y su objetivo es servir de camino a la energía eléctrica desde las centrales generadoras a los centros de distribución (subestaciones, redes y empalmes), para alimentar a los diferentes centros de consumo (industriales, grupos habitacionales, etc.). De la forma cómo esté constituida esta alma depende la clasificación de los conductores eléctricos. Así tenemos:
Según su constitución Alambre:
Conductor eléctrico cuya alma conductora está formada por un solo elemento o hilo conductor.
35
Figura 25. Fotografía de un Alambre
(Graña, 2010)
Cable:
Conductor eléctrico cuya alma conductora está formada por una serie de
hilos conductores o alambres de baja sección, lo que le otorga una gran flexibilidad.
Figura 26. Fotografía de un Cable
(Graña, 2010)
Según el número de conductores
Mono conductor:
36
Figura 27. Fotografía de un Cable mono conductor
(Graña, 2010)
Multiconductor:
Conductor de dos o más almas conductoras aisladas entre sí, envueltas cada una por su respectiva capa de aislación y con una o más cubiertas protectoras comunes.
Figura 28. Fotografía de un Cable multiconductor
(Graña, 2010)
2.9.1.2. El aislamiento
37 Los materiales aislantes usados desde sus inicios han sido sustancias poliméricas, que en química se definen como un material o cuerpo químico
formado por la unión de muchas moléculas idénticas, para formar una nueva molécula más gruesa.
Antiguamente los aislantes fueron de origen natural, gutapercha y papel. Posteriormente la tecnología los cambió por aislantes artificiales actuales de uso común en la fabricación de conductores eléctricos. Los diferentes tipos de aislación de los conductores están dados por su comportamiento técnico y mecánico, considerando el medio ambiente y las condiciones de canalización a que se verán sometidos los conductores que ellos protegen, resistencia a los agentes químicos, a los rayos solares, a la humedad, a altas temperaturas, llamas, etc. Entre los materiales usados para la aislación de conductores podemos mencionar el PVC o cloruro de polivinilo, el polietileno o PE, el caucho, la goma, el neoprén y el nylon.
Si el diseño del conductor no consulta otro tipo de protección se le denomina Aislación integral, porque el aislamiento cumple su función y la de revestimiento a la vez. Cuando los conductores tienen otra protección polimérica sobre la aislación, esta última se llama revestimiento, chaqueta o cubierta.
2.9.1.3. Las cubiertas protectoras
El objetivo fundamental de esta parte de un conductor es proteger la integridad de la aislación y del alma conductora contra daños mecánicos, tales como raspaduras, golpes, etc.
38
Figura 29. Fotografía de las partes de un conductor
(Graña, 2010)
2.9.2. SELECCIÓN DE LOS CONDUCTORES ELÉCTRICOS
Para seleccionar el cable más adecuado para una instalación determinada, se deben considerar los siguientes factores:
a. Uso del cable y condiciones de instalación. b. Corriente máxima que debe transportar. c. Caída de tensión máxima admisible. d. Tensión de servicio (Graña, 2010).
2.10. LCD (Liquid Crystal Display)
39
2.10.1. APLICACIONES
Los LCD los podemos distinguir un sin número de lugares como scanner, equipos de telecomunicaciones, computadores electrodomésticos, etc. En la mayoría de dispositivos las pantallas LCD son elaboradas por diferentes fabricantes. Estos están construidos por una pequeña placa integrada que se compone:
-La pantalla LCD. -Un micro controlador.
-Una memoria que contiene tabla de caracteres.
-Un interfaz de contactos eléctricos, para conexión externa. -Un foco led posterior para iluminar la pantalla.
Figura 30. Fotografía Pantallas LCD
40
2.10.2. FUNCIONAMIENTO
Los LCD fundamentalmente funcionan por sustancias que comparten propiedades de sólidos y líquidos a la vez formado por 2 filtros situados perpendicularmente por donde atraviesa un rayo de luz, cuando se aplica corriente eléctrica por los electrodos se orientan las moléculas de cristal líquido haciendo necesario tres filtros más para obtener los colores básicos azul, rojo, verde y para su contraste se da variaciones de voltaje a los distintos filtros.
Figura 31. Componentes de una pantalla de cristal líquido (LCD)
(Alejandro Dabat, 2009)
2.10.2.1. LCD de texto
41
2.10.2.2. LCD de gráficos
Los LCD gráficos funcionan encendiendo y apagando los pixeles de la
pantalla dando lugar a que se muestren gráficos en blanco y negro. Estas pantallas son las más comercializadas en el mercado su tamaño varía entre 128x64 y 96x60, en algunos controladores admiten la escritura de texto (Montero, 2010).
2.11. LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN
Un lenguaje de programación es un idioma artificial diseñado para expresar computaciones que pueden ser llevadas a cabo por máquinas como las computadoras. Pueden usarse para crear programas que controlen el comportamiento físico y lógico de una máquina, para expresar algoritmos con precisión, o como modo de comunicación humana. Está formado por un conjunto de símbolos y reglas sintácticas y semánticas que definen su
estructura y el significado de sus elementos y expresiones. Al proceso por el cual se escribe, se prueba, se depura, se compila y se mantiene el código fuente de un programa informático se le llama programación.
También la palabra programación se define como el proceso de creación de un programa de computadora, mediante la aplicación de procedimientos lógicos, a través de los siguientes pasos:
-El desarrollo lógico del programa para resolver un problema en particular. -Escritura de la lógica del programa empleando un lenguaje de programación específico (codificación del programa).
Ensamblaje o compilación del programa hasta convertirlo en lenguaje de máquina.
42
2.11.1. LENGUAJES DE BAJO NIVEL
Son lenguajes totalmente dependientes de la máquina, es decir que el programa que se realiza con este tipo de lenguajes no se puede migrar o utilizar en otras máquinas. Al estar prácticamente diseñados a medida del hardware, aprovechan al máximo las características del mismo.
Dentro de este grupo se encuentran:
a. El lenguaje máquina.
Este lenguaje ordena a la máquina las operaciones fundamentales para su funcionamiento. Consiste en la combinación de 0's y 1's para formar las ordenes entendibles por el hardware de la máquina.
b. El lenguaje ensamblador:
Es un derivado del lenguaje máquina y está formado por abreviaturas de letras y números llamadas mnemotécnicos. Con la aparición de este lenguaje se crearon los programas traductores para poder pasar los programas escritos en lenguaje ensamblador a lenguaje máquina. Como ventaja con respecto al código máquina es que los códigos fuentes eran más cortos y los programas creados ocupaban menos memoria.
2.11.2. LENGUAJES DE ALTO NIVEL
Son aquellos que se encuentran más cercanos al lenguaje natural que al lenguaje máquina. Están dirigidos a solucionar problemas mediante el uso de EDD's.
Se tratan de lenguajes independientes de la arquitectura del ordenador. Por lo que, en principio, un programa escrito en un lenguaje de alto nivel, lo puedes migrar de una máquina a otra sin ningún tipo de problema.
43 funcionamiento interno de la maquina/s para la que están diseñando el programa. Tan solo necesitan un traductor que entiendan el código fuente
como las características de la máquina.
Suelen usar tipos de datos para la programación y hay lenguajes de propósito general (cualquier tipo de aplicación) y de propósito específico (como FORTRAN para trabajos científicos) (Cejas, Crespillo, Jiménez F., Ramírez G., Sánchez G., & Sánchez N., 2006).
2.12. PROGRAMACIÓN BASCOM AVR
El BASCOM fue desarrollado originalmente por Mark Alberts y su empresa alemana MCS-Electronics para las series AVR de los microcontroladores de la casa Atmel. Posteriormente, salió al mercado una versión diferente denominada BASCOM-LT, que estaba destinada especialmente a los pequeños controladores del tipo 89C2051. Esto provocó que, de forma
eventual, comenzara a desarrollarse y a venderse el BASCOM-51, para fortalecer los derivados del 8051.
44
2.12.1. COMO PROGRAMAR CON EL BASCOM AVR
El primer punto importante para destacar de este programa, el Bascom AVR, es que está desarrollado en lenguaje Basic, y es importante porque este lenguaje de programación es uno de los más fáciles que se ha diseñado; el nombre BASIC es una abreviatura para: Begginers All-purpose Symbolic Instruction Code, indicando simplemente que es un "Lenguaje de programación para principiantes". Esta cualidad 'para principiantes" ha identificado al Basic por largo tiempo, así que muchos programadores con experiencia han evitado erróneamente usar de él. Sin embargo, a pesar del tiempo y todos los nuevos lenguajes de programación, Basic tiene un lugar envidiable con su muy extendido uso, razón por la cual el lenguaje de programación Basic se convierte en una herramienta de programación moderna, de gran alcance, y extensamente aceptada. Es por esto que se menciona como una cualidad importante el uso del lenguaje de programación Basic en este programa.
Otra de las características del programa Bascom AVR es que ahora no es necesario contar con un ensamblador para escribir el código fuente y otro paquete de software para comprobar y simular un programa, todo esto se lo realiza con Basic; además con todo el avance de la tecnología, se han
construido microprocesadores con memorias tipo flash, con capacidad de programación ISP (In System Programming), y otras herramientas, y ha
45 LIB manager
Programador
Pero el programa Bascom no es solamente un compilador en lenguaje Basic, sino que nos ofrece un único Ambiente de Desarrollo Integrado (IDE). Para realizar un programa con el BASCOM AVR es muy sencillo, simplemente deberá realizar las siguientes operaciones:
Escribir sobre el editor un programa en BASIC. Compilarlo a un eficaz código máquina nativo.
Depurar el resultado con ayuda del simulador integrado. (si dispone
de hardware opcional podrá simular directamente sobre su placa). será agregado después. Por ahora use Estudio de AVR
Programar el microcontrolador con el programador opcional.
El simulador le permite probar su programa antes de escribirlo al microprocesador. Usted puede mirar variables, puede caminar a través del programa una línea en el momento o puede correr a una línea específica, o usted puede alterar variables.
Para mirar un valor de las variables usted también puede apuntar el cursor del ratón encima de la misma.
Un rasgo poderoso es el emulador del hardware, emula el LCD, y los puertos. Cuando ha terminado de probar el programa en el simulador, llega el momento de llevar el programa al microcontrolador.
46
Figura 33. Vista de una ventana de Bascom
47
3.1. DESCRIPCIÓN BÁSICA DEL SISTEMA DE
RECONOCIMIENTO DE VOZ
El sistema consta de 2 bloques: el transmisor y el receptor como se lo muestra en la (figura 35).
Bloque transmisor: consta de las siguientes partes:
Micrófono
Módulo de reconocimiento de voz
Figura 35. Diagrama de bloques de funcionamiento del Dispositivo del control de encendido
Bloque receptor: tiene las siguientes partes:
Módulo de control y alimentación
Módulo de potencia
48 A la tarjeta se ingresa señales de audio mediante un micrófono, estas señales son procesadas por el módulo de reconocimiento de voz, la salida
de este entrega datos binarios, que son acoplados a un microcontrolador, este mediante programación muestra los datos visualizados en un display, el cual muestra el comando de voz que se emitió.
Acopladas las señales de la tarjeta al microcontrolador, el cual está programado con los tiempos y las órdenes para ejecutar la señal de activación del actuador (interruptores, relés, y motores paso a paso) para que ejecute la orden pedida por el conductor.
Los comandos utilizados para este diseño son de acuerdo a la necesidad de la aplicación, como se muestra en la (tabla 4) los comandos que utilizados.
Tabla 4. Comandos del Módulo
ÍTEM COMANDO
1 AUTO
2 PRENDER
3 APAGAR
Estos comandos realizan la siguiente función:
Auto.- Activa en contacto el vehículo.
Prender.- Es utilizado para que el vehículo arranque.
49
3.2. ELEMENTOS QUE CONFORMAN EL DISPOSITIVO DE
CONTROL PARA EL SISTEMA DE ARRANQUE
3.2.1. MÓDULO DE RECONOCIMIENTO DE VOZ VRbot
El módulo está diseñado para añadir fácilmente la funcionalidad versátil comando de voz para robots. Hay dos tipos de voces que puede reconocer VRbot, las denominadas SI, que están predefinidas y grabadas internamente y las SD, que son previamente “enseñadas” y grabadas con un micrófono en
la memoria interna del módulo.
Con estas posibilidades se puede aplicar el módulo a multitud de aplicaciones, entre las que citamos:
•Control de acceso por voz
•Sistemas de control de todo tipo que se quieran gobernar por voz •Automatización de aplicaciones en el ámbito doméstico
• Sistemas robóticos controlados por la voz
El módulo incluye un micrófono y los cables de alimentación y comunicación como se muestran en la (figura 36).
Figura 36. Fotografía Módulo de reconocimiento de voz
50
3.2.1.1. Características
Las características más importantes del VRbot son las siguientes:
•El módulo se conecta fácilmente con cualquier tipo de controlador mediante
una sencilla comunicación serie. Nosotros hemos escogido a un microcontrolador PIC.
•Dispone de 23 comandos y voces previamente programadas (SI) en inglés,
italiano, japonés y alemán.
•Es capaz de aceptar 32 comandos definidos por el usuario (SD) en
cualquier idioma, que nosotros hemos seleccionado en los ejemplos el castellano.
•Posee un potente protocolo de comandos para el desarrollo de las
aplicaciones.
•Se maneja con un interface gráfico (GUI) para Windows que facilita el
aprendizaje intuitivo del módulo.
•Se alimenta con una tensión de 3.3 a 5 VDC.
Figura 37. Fotografía de datos técnico y distribución de las señales de conexión del módulo
51 ETX………….TRANSMISIÓN DE DATOS EN SERIE CON NIVELES TTL ERX…………RECEPCIÓN DE DATOS EN SERIE CON NIVELES TTL VCC…………ENTRADA DE ALIMENTACIÓN
GND…………TIERRA (osCommerce, 2012).
3.2.2. MICROCONTROLADOR PIC. 16f819
Este microcontrolador es fabricado por Microchip familia a la cual se le denomina PIC. El modelo 16F819 posee varias características que hacen a este microcontrolador un dispositivo muy versátil, eficiente y práctico para ser empleado en la aplicación que posteriormente será detallada.
Figura 38. Fotografía PIC 16f819
Algunas de estas características se muestran a continuación:
Soporta modo de comunicación serial, posee dos pines para ello.
Amplia memoria para datos y programa.
Memoria reprogramable: La memoria en este PIC es la que se denomina FLASH; este tipo de memoria se puede borrar electrónicamente (esto corresponde a la "F" en el modelo).
52
3.2.2.1. Características
Tabla 5. Características del PIC 16f819
TIPO DE CARACTERISTICA VALOR DE LA CARACTERISTICA
Familia PIC
Núcleo PIC
Ancho de bus de datos 8Punta
Función Microcontrolador
Tamaño de RAM 256Byte
Tipo de memoria de programa Flash
Tipo de interfaz I2C/SPI
Arquitectura del conjunto de instrucciones
RISC
Velocidad máxima 20MHz
Encapsulado fabricante PDIP
Número de pines 16 digitales, 2 analógicos
Altura 3,3mm
Longitud 22,86mm
Ancho de producto 6,35 mm
Temperatura de funcionamiento mínima -40°C
Montaje Bornes
Número de E/S programables Digital 16 Número de temporizadores 0,75ª
ADC On Chip 5-chx10-bit
Velocidad de reloj máxima 20MHz Memoria ampliada máxima 14KB Temperatura de funcionamiento máxima 85°C Tensión de alimentación de
funcionamiento típica
5V Tensión de alimentación de
funcionamiento mínima
4V
SPI 1ª
I2C 1ª
Tensión de alimentación de funcionamiento máxima
53
3.2.3. RESISTENCIAS
Comprendida entre 4.23 Ω y 5.17 Ω por tolerancia.
Figura 39. Fotografía Resistencia 4.7 Ω
Comprendidas entre 180 Ω y 220 Ω por tolerancia.
54
3.2.4. CRISTAL DE CUARZO XTAL
Frecuencia de 3.57 MHz.
Figura 41. Fotografía Cristal XTAL
3.2.5. DIODO LED
15mA – 3V.
55
2.2.6. CAPACITORES
100 uF a 50 V.
Figura 43. Fotografía Capacitor
3.2.7. RELÉS
12 V – 10 A
Material de contacto: plata y aleación de plata.
Máximo rango de switcheo: 300 operaciones por minuto.
Vida eléctrica esperada: 100.000 operaciones con carga.
