Construcción de un sistema de calentamiento para un tanque de óxido nitroso del equipo de Absorción Atómica ICE 3300 controlado mediante interfaz USB para la empresa ESPECTROCROM TECNUS

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(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL ESCUELA DE FORMACIÓN DE TECNÓLOGOS. CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE CALENTAMIENTO PARA UN TANQUE DE ÓXIDO NITROSO DEL EQUIPO DE ABSORCIÓN ATÓMICA ICE 3300 CONTROLADO MEDIANTE INTERFAZ USB PARA LA EMPRESA ESPECTROCROMTECNUS.. PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE TECNÓLOGO EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES. LUIS SANTIAGO JUMBO FERNANDEZ [email protected] DAYSI GABRIELA SILVA SOQUE [email protected]. DIRECTOR: ING. ALFREDO ARCOS [email protected]. Quito, Septiembre 2015.

(2) I. DECLARACIÓN. Nosotros, Luis Santiago Jumbo Fernández y Daysi Gabriela Silva Soque, declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y, que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.. A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. ______________________. _________________________. Luis Santiago Jumbo Fernández. Daysi Gabriela Silva Soque.

(3) II. CERTIFICACIÓN. Certificamos que el presente trabajo fue desarrollado por Luis Santiago Jumbo Fernández y Daysi Gabriela Silva Soque, bajo nuestra supervisión.. ________________________. ________________________. Ing. Alfredo Arcos. Ing. Luis Almeida. DIRECTOR DEL PROYECTO. CO - DIRECTOR DEL PROYECTO.

(4) III. AGRADECIMIENTO Agradezco a Dios por todas las bendiciones brindadas en mi vida, siempre ha guiado mi camino y brindado las fuerzas necesarias para seguir adelante. Agradezco a mis padres Narciso Jumbo y Mónica Fernández por siempre haber creído en mí y nunca dejarme solo, por ser incondicionales conmigo. Valoro mucho todo el esfuerzo que han realizado. A mis hermanos Javier y Viviana por brindarme su apoyo y alegría. A mi esposa Gabriela por ser el pilar fundamental de mi vida, por todo su apoyo y amor en los buenos y malos momentos que hemos vivido. Por enseñarme que debemos perseverar para lograr los objetivos planteados. A mi hija Alejandra que ha transformado mi vida enseñándome que siempre debemos luchar por ser felices. De manera especial quiero agradecer a mi abuelito Luis Alfonso Fernández que ya no está conmigo, por todos sus consejos, enseñanzas y hermosos momentos que compartimos. A las empresas TECNUS - ESPECTROCROM por brindarnos su apoyo para el desarrollo del proyecto.. Luis Jumbo F..

(5) IV. AGRADECIMIENTO. Agradecimiento profundo a Dios por ser quien guía mis pasos en cada instante de mi vida. A mis padres, Marco Silva y María Soque por ser los pilares fundamentales en mi vida, por su esfuerzo, dedicación, apoyo, constancia y sobretodo por el amor que me han brindado en cada paso que doy. Gracias papitos por ustedes soy lo que soy. A mis hermanos, Sandy y John por ser mis amigos y quienes de una u otra manera han estado conmigo en las buenas y malas. Gracias ñañitos, los amo. A mi mejor amigo, mi compañero de vida, mi confidente y mi alma gemela, Santiago, por ser a quién amo con todo mi ser y con quién he formado una hermosa familia. Gracias mi amor por todo lo que hemos logrado. A mi universidad, profesores, compañeros en donde y con quienes compartí una etapa muy importante en mi vida y en mi formación profesional. De manera especial a los profesores quiénes son participes en este proyecto.. Gabriela Silva S..

(6) V. DEDICATORIA Este proyecto va dedicado a mis padres y hermanos que siempre han creído en mis capacidades.. A mi esposa e hija que todos los días me dan su amor y son las personas más importantes en mi vida. Juntos vamos cumpliendo las metas que nos hemos planteado.. A toda mi familia que de alguna manera me han ayudado con sus consejos y motivaciones, siempre he contado con el respaldo de mis seres queridos.. Luis Jumbo F..

(7) VI. DEDICATORIA. Este proyecto va a dedicado a mi familia, mi esposo y mi hija quiénes son las personas más importante en mi vida.. A mis padres, por darme las herramientas necesarias de la vida y por formar un buen ser humano, profesional, esposa y madre. Este trabajo es por ustedes.. A mis hermanos, por su insistencia, apoyo y cariño.. A mi esposo, por ser mi compañero de proyecto, mi mejor amigo de universidad y mi amor por toda la vida.. A mi pequeña hija Alejandra, por ser mi luz mi razón de ser y de vivir; porque su carita llena ternura me da fuerzas para luchar día a día.. Gabriela Silva S..

(8) VII. CONTENIDO. DECLARACIÓN .................................................................................... I CERTIFICACIÓN ................................................................................ II AGRADECIMIENTO ......................................................................... III DEDICATORIA ................................................................................... V CONTENIDO .................................................................................... VII ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................ XI ÍNDICE DE TABLAS ...................................................................... XIV INTRODUCCIÓN ............................................................................. XV RESUMEN ........................................................................................ XVI PRESENTACIÓN ............................................................................XVII CAPÍTULO 1 ......................................................................................... 1 1 MARCO TEÓRICO ......................................................................... 1 1.1. MICROCONTROLADORES (µc) ................................................................... 1. 1.1.1 COMPONENTES ...................................................................................... 2 1.1.2 MARCAS ................................................................................................... 2 1.1.3 ARQUITECTURA ...................................................................................... 3 1.1.4 ELEMENTOS DE LOS MICROCONTROLADORES ................................. 4 1.1.4.1. ADC (Convertidor Análogo Digital) .................................................... 4. 1.1.4.2. RTC (RELOJ DE TIEMPO REAL) ..................................................... 5. 1.1.4.3. Puertos entrada/salida ..................................................................... 6. 1.1.4.4. Comparador analógico ...................................................................... 7. 1.1.4.5. Puertos de comunicación .................................................................. 8. 1.1.5 PICS .......................................................................................................... 9 1.1.5.1. Características .................................................................................. 9.

(9) VIII. 1.1.5.2 1.2. Clasificación de los microcontroladores PIC ................................... 10. SENSORES ................................................................................................. 11. 1.2.1 TIPOS DE SENSORES ........................................................................... 12. 1.3. 1.2.1.1. De contacto ..................................................................................... 12. 1.2.1.2. Ópticos ............................................................................................ 12. 1.2.1.3. De humedad.................................................................................... 12. 1.2.1.4. Magnéticos ...................................................................................... 12. 1.2.1.5. Infrarrojos ........................................................................................ 13. 1.2.1.6. Temperatura.................................................................................... 13. LCD (DISPLAY DE CRISTAL LÍQUIDO) ..................................................... 14. 1.3.1 CARACTERÍSTICAS ............................................................................... 14 1.4. TRANSFORMADOR .................................................................................... 14. 1.4.1 FUNCIONAMIENTO ................................................................................ 15 1.4.2 TIPOS DE TRANSFORMADORES ......................................................... 16 1.4.2.1. Los autotransformadores ................................................................ 16. 1.4.2.2. Transformadores monofásicos ........................................................ 16. 1.4.2.3. Transformadores trifásicos .............................................................. 18. 1.5. PUENTE RECTIFICADOR ........................................................................... 19. 1.6. OPTOACOPLADORES ................................................................................ 20. 1.7. TRIAC .......................................................................................................... 21. 1.8. CONTROL CRUCE POR CERO .................................................................. 24. 1.9. OPTOTRIAC ................................................................................................ 25. 1.10. USB (Bus Universal Series) .................................................................... 26. 1.10.1. VELOCIDADES DE TRANSMISION DE DATOS ............................... 27. 1.10.2. ARQUITECTURA ............................................................................... 28. 1.10.2.1 Transceiver ..................................................................................... 28 1.10.2.2 Serial interface enginer (SIE) ........................................................ 28 1.10.2.3 Function interface unit (FIU) ........................................................... 28 1.10.3. DIAGRAMA DE CAPAS ..................................................................... 29. 1.10.4. CONECTORES USB SERIE “A” Y SERIE “B” ................................... 29.

(10) IX. 1.10.5. USB HID (Human Interface Device) ................................................... 30. 1.10.6. USB MODO CDC ............................................................................... 32. 1.11. LENGUAJES DE PROGRAMACION ...................................................... 33. 1.11.1. CLASIFICACIÓN ................................................................................ 34. CAPÍTULO 2 ....................................................................................... 37 2 CONSTRUCCIÓN DEL HARDWARE ........................................ 37 2.1. MICROCONTROLADOR PIC 18F4550 ...................................................... 38. 2.2. LM35 ............................................................................................................ 39. 2.3. DISPLAY LCD (16 X 2) ................................................................................ 42. 2.4. USB .............................................................................................................. 45. 2.5. PUENTE RECTIFICADOR ........................................................................... 46. 2.6. OPTOACOPLADOR (4N35) ......................................................................... 46. 2.7. PIC 16F628 .................................................................................................. 47. 2.7.1 CONTROL DEL ÁNGULO DE DISPARO ................................................ 49 2.8. Optotriac (MOC 3020) .................................................................................. 50. 2.9. DESARROLLO DE LA TARJETA ELECTRÓNICA ...................................... 51. 2.10. CONSTRUCCIÓN DE LA RESISTENCIA CALENTADORA ................... 57. CAPÍTULO 3 ....................................................................................... 62 3 DESARROLLO DEL SOFTWARE .............................................. 62 3.1. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA ................................................ 62. 3.2. DESARROLLO DE LA INTERFAZ USB....................................................... 63. 3.2.1 PROTON IDE .......................................................................................... 63 3.3. DESARROLLO DEL PROGRAMA PARA PIC 18F4550 .............................. 69. 3.4 DESARROLLO DEL PROGRAMA PARA EL CONTROL DE TEMPERATURA .................................................................................................... 75 3.4.1 VISUAL BASIC ........................................................................................ 75 3.4.1.1. Características de Visual Basic. ...................................................... 75. 3.5. DESARROLLO DEL PROGRAMA PARA PIC 16F628 ................................ 83. 3.6. PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO............................................................. 84.

(11) X. CAPÍTULO 4 ....................................................................................... 89 4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES............................. 89 4.1 CONCLUSIONES .......................................................................................... 89 4.2. RECOMENDACIONES ................................................................................ 91. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................ 93 ANEXOS .............................................................................................. 95.

(12) XI. ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Microcontrolador....................................................................................... ..1 Figura 1.2 Estructura típica de un Microcontrolador .................................................... 2 Figura 1.3 Ejemplo de muestreo ................................................................................. 5 Figura1.4 Transferencia de datos……………………………………………………….... 7 Figura 1.5 Comparador analógico…………………………………………………..…….. 8 Figura 1.6 Diagrama transformador ................................................... ………….…….15 Figura 1.7 Diagrama de un autotransformador.................................................. …….16 Figura 1.8 Diagrama transformador monofásico………………………………………..17 Figura 1.9 Diagrama conexión trifásico .................................................................... 18 Figura 1.10 Diagrama de un puente rectificador………………………………………...19 Figura 1. 11 Diagrama de un Optoacoplador ............................................................ 21 Figura 1.12 Diagrama Triac……………………………………………………………….22 Figura 1.13 Símbolo del Optotriac ............................................................................. 25 Figura 1.14 Diagrama de capas USB ........................................................................ 29 Figura 1.15 Estructura USB...................................................................................... 30 Figura 2.1 Diagrama de bloques sistema de calentamiento…………………………..37 Figura 2.2 Sensor de temperatura LM35 ................................................................. 39 Figura 2.3 Presentaciones LM35............................................................................... 40 Figura 2.4 Distribución de pines LCD 16x2 .............................................................. 42 Figura 2.5 Onda Rectificada…………………………………………………………..... 46 Figura 2.6 Pines Optoacoplador 4N35…………………………………………………... 46 Figura 2.7 Distribución de pines MOC 3020………………………………………….....50 Figura 2.8 Diagrama electrónico del sistema de calentamiento……………………....51.

(13) XII. Figura 2.9 Ruteado tarjeta electrónica ................................................................... ..52 Figura 2.10 Posición de los elementos electrónicos ............................................... .53 Figura 2.11 Vista superior ........................................................................................ .53 Figura 2.12 Vista frontal .......................................................................................... .54 Figura 2.13 Tarjeta electrónica vista posterior........................................................... 54 Figura 2.14 Tarjeta electrónica vista frontal............................................................... 55 Figura 2.15 Caja electrónica..................................................................................... 55 Figura 2.16 Display LCD y bus de datos .................................................................. 56 Figura 2.17 Display LCD en la caja electrónica ......................................................... 56 Figura 2.18 Sujeción de la tarjeta electrónica y transformador………………………..57 Figura 2.19 Enrollamiento de la resistencia de niquelina ........................................ 59 Figura 2.20 Resistencia Calentadora en forma de espiral…………………………….60 Figura 2.21 Resistencia Calentadora con cinta aislante ........................................... 60 Figura 2.22 Resistencia Calentadora con cinta aislante……………………………….61 Figura 3.1 Diagrama de bloques del sistema ............................................................ 62 Figura 3.2 Easy HID .................................................................................................. 64 Figura 3.3 Creación del proyecto .............................................................................. 64 Figura 3.4 Identificación del producto ........................................................................ 65 Figura 3.5 Configuración bus de datos ...................................................................... 65 Figura 3.6 Ubicación del producto ............................................................................. 66 Figura 3.7 Selección del microcontrolador ................................................................ 66 Figura 3.8 Selección del Programa compilador ......................................................... 67 Figura 3.9 Pasos de generación en el Protón ........................................................... 67 Figura 3.10 Pasos de generación en el Protón ......................................................... 68 Figura 3.11 USBPROJECT ....................................................................................... 68.

(14) XIII. Figura 3.12 Programa Visual Basic ........................................................................... 69 Figura 3.13 Pestaña Visual Basic.............................................................................. 77 Figura 3.14 Interfaz LM35 ......................................................................................... 77 Figura 3.15 Set temperatura...................................................................................... 78 Figura 3.16 Control del Set temperatura ................................................................... 78 Figura 3.17 Configuración tiempo ............................................................................. 79 Figura 3.18 Opción Salir ............................................................................................ 79 Figura 3.19 Interfaz gráfica........................................................................................ 79 Figura 3.20 Nombres de los autores del proyecto .................................................... 85 Figura 3.21 Información del proyecto ....................................................................... 85 Figura 3.30 Empresas que respaldan la ejecución del proyecto……………………...85 Figura 3.23 LCD Visualización de temperaturas ....................................................... 86 Figura 3.24 Presentación LCD e Interfaz gráfica...................................................... 86 Figura 3.25 Medición con termocupla tipo K Prueba 1 ............................................. 87 Figura 3.26 Medición con termocupla tipo K Prueba 2 ............................................. 88.

(15) XIV. ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.1 Clasificación de los microcontroladores PIC´s .......................................... 11 Tabla 1.2 Modos de disparo Triac ............................................................................. 22 Tabla 1.3 Velocidades de transmisión de datos USB................................................ 27 Tabla 1.4 Ejemplos de clasificación de Lenguajes de Programación ....................... 36 Tabla 2.1 Características microcontrolador PIC 18F4550 ....................................... 38 Tabla 2.2 Distribución de pines LM35 ...................................................................... 40 Tabla 2.3 Función de los pines Display LCD ............................................................. 43 Tabla 2.4 Conexión del display LCD con el PIC 18F4550 ....................................... 44 Tabla 2.5 Generación de código binario para el error de temperatura ..................... 44 Tabla 2.6 Función de los pines del puerto USB ...................................................... 45 Tabla 2.7 Descripción Pines 4N35 ........................................................................... 47 Tabla 2.8 Conexión física entre PIC 18F4550 y 16F628 ........................................... 48 Tabla 2.9 Voltaje suministrado a la resistencia ........................................................ 49 Tabla 2.10 Descripción Pines MOC 3020 ................................................................ 50 Tabla 2.11 Voltaje y corriente en la resistencia calentadora ..................................... 58.

(16) XV. INTRODUCCIÓN En la actualidad, la espectrofotometría de absorción atómica es una técnica muy utilizada para la cuantificación de elementos químicos presentes en soluciones acuosas, la técnica requiere que la muestra se destruya en el proceso de quema de la misma.. Esta técnica analítica permite la cuantificación de muchos. elementos de interés para la industria, la agricultura y la investigación científica en general. La técnica analítica de absorción atómica consiste en llevar a un estado de excitación a las moléculas de solución acuosa mediante la aplicación de energía en forma térmica, por medio de una llama de una combinación oxígeno - acetileno o de óxido nitroso - acetileno, la muestra a alta temperatura se irradia con una luz a una longitud de onda a la cual el elemento en interés absorbe energía. El óxido nitroso en el tanque está en estado líquido debido a que es almacenado a baja temperatura y a gran presión. Cuando el gas es liberado por la válvula de control del tanque, existe un cambio de presión y de temperatura provocando que el gas absorba energía térmica de la válvula de control y de la tubería generando la congelación y obstrucción del gas. Para poder disponer de un sistema orientado específicamente a controlar la temperatura de la válvula del tanque de óxido nitroso es necesario implementar un sistema eficiente, de fácil control para el usuario y que trabaje sin problemas con el software que maneja el equipo de absorción atómica..

(17) XVI. RESUMEN En el mercado nacional hay empresas que distribuyen equipos de Absorción Atómica (AA) en diferentes marcas, pero que no cuentan con un sistema de control de temperatura adecuado.. Con el sistema de calentamiento de este. proyecto se busca darle un valor agregado al equipo, logrando un sistema confiable y robusto. El proyecto está diseñado para la implementación de un sistema de calentamiento en la válvula del tanque de óxido nitroso, el sistema de calentamiento debe controlar un rango de temperatura entre 35°C a 40°C, para que el gas absorba esta energía térmica y no se congele. De esta manera el gas puede circular por la tubería de acero o cobre y llegar al equipo de Absorción Atómica, lo que permite que se genere la combustión y se realice el proceso de cuantificación de elementos químicos. Mediante el sistema diseñado, el usuario tiene un control constante de la temperatura a través de. una interfaz gráfica en el computador.. Se ha. implementado la conexión USB que permite el control de la temperatura seteada y la temperatura medida del sistema, generando una retroalimentación de información para que el sistema se estabilice en la temperatura requerida. Por seguridad los tanques de gas que utiliza el AA son ubicados fuera del laboratorio y los gases son llevados al equipo por tuberías de acero inoxidable. El sistema de calentamiento va a ser instalado en el área del tanque de óxido nitroso para facilitar la conexión de la resistencia calentadora al cilindro..

(18) XVII. PRESENTACIÓN El proyecto está constituido por cuatro capítulos, donde se detalla los procesos ejecutados para la consecución del sistema de calentamiento.. El capítulo 1 está compuesto del definiciones,. marco teórico; donde se detallan las. funcionalidad, tipos y características del hardware (elementos. electrónicos) y software utilizados en el proyecto.. En el capítulo 2 se encuentra la construcción del hardware del sistema de control de temperatura.. En el capítulo 3 se encuentra el diseño del software del sistema del control de temperatura.. La programación de los microcontroladores, conexión USB. e. interfaz gráfica con el computador.. En el capítulo 4, se presentan las conclusiones obtenidas en el desarrollo del proyecto y recomendaciones a seguir para su adecuado funcionamiento.. Al final se presentan los anexos que detallan gráficamente lo explicado en cada capítulo. Adicionalmente se encuentra la bibliografía..

(19) CAPÍTULO 1 1. MARCO TEÓRICO. 1.1 MICROCONTROLADORES (µc) Los microcontroladores son circuitos integrados, diseñados para que cumplan funciones específicas de acuerdo a diferentes necesidades.. La programación. guardada en su memoria permite realizar funciones lógicas; puesto que están compuestos por tres principales unidades funcionales: unidad de procesamiento, memoria y periféricos de entrada y salida. En su memoria sólo reside un programa destinado a gobernar una aplicación determinada; sus líneas de entrada/salida soportan el conexionado de sensores y actuadores del dispositivo a controlar y todos los recursos complementarios disponibles tienen como única finalidad atender sus requerimientos. Una vez programado y configurado el microcontrolador solamente sirve para gobernar la tarea asignada. Según el modelo de microcontrolador que se trate, el tamaño y el tipo de memoria pueden diferir, así como el número de líneas de Entrada/Salida (E/S) y los módulos de control de periféricos. En la figura 1.1 se muestra un microcontrolador.. Figura 1.1 Microcontrolador. 1.

(20) 1.1.1 COMPONENTES1 · Procesador o CPU (Unidad Central de Proceso). · Memoria RAM para contener los datos. · Memoria para el programa tipo ROM/EPROM/EEPROM/Flash. · Líneas de E/S para comunicarse con el exterior. En la figura 1.2 se encuentra un esquema básico de la estructura de un microcontrolador.. Figura 1.2 Estructura típica de un microcontrolador. 1.1.2 MARCAS Según el volumen de ventas y diversidad de modelos podemos establecer como principales fabricantes: ·. Microchip Technology Corp.. · STMicroelectronics · AtmelCorp. · Motorola Semiconductors Corp.. 1. http://www.monografias.com/trabajos12/microco/microco.shtml. 2.

(21) 1.1.3 ARQUITECTURA2 La arquitectura de un procesador consiste en el conjunto de características que lo identifican.. Describe de manera resumida las capacidades y posibilidades de. operación del microprocesador. Se clasifican según Hardware y Software. ·. Según Hardware:. Von Neuman: También conocida como modelo de Von Neuman o arquitectura Princeton.. Describe una arquitectura de diseño para un computador digital. electrónico con partes que constan de una unidad de procesamiento, una unidad aritmético lógica y registros del procesador, una unidad de control que contiene un registro de instrucciones y un contador de programa, una memoria para almacenar tanto datos como instrucciones, almacenamiento masivo externo, y mecanismos de entrada y salida. Segmentada: Más rápida que Von Neuman. Buses de datos y direcciones compartidas. Diseño multietapa (Pipeline), este diseño multietapa permite ejecutar más de una operación a la vez. Se encuentra combinada con software CISC y en pocas ocasiones con RISC. Harvard: Separa los buses de datos, direcciones y control, los hace totalmente independientes; esto permite leer instrucciones con mayor velocidad.. Pueden. direccionar altas cantidades de memoria y se combinan con software RISC. ·. Según Software:. CISC: (Complex Instruction Set Computer).. Ofrece una amplia gama de. operaciones que facilita el trabajo de programación y ayuda a reducir el tamaño del código de programa.. 2. http://www.exa.unicen.edu.ar/catedras/tmicrocon/Material/1_introduccion_a_los_uco. ntroladores.pdf. 3.

(22) RISC: (Reduced Instruction Set Computer). Ofrece pocas instrucciones y es más fácil de aprender el método de programación, aunque es mayor el tamaño del código de programa. CRISC: Complex-Reduced Instruction Set Computer). Combinación de CISC con RISC. 1.1.4 ELEMENTOS DE LOS MICROCONTROLADORES Los principales elementos de los microcontroladores son: ·. ADC. ·. RTC. ·. Puertos entrada/salida. ·. Comparador analógico. ·. Puertos de comunicación. 1.1.4.1. ADC (Convertidor Análogo Digital). Los Convertidores Analógicos Digitales fueron creados para poder aumentar la velocidad del procesamiento de las señales, logrando así tener una comunicación eficaz de los sistemas analógicos con los sistemas digitales, tomando muestras del mundo real para generar datos que puedan ser manipulados por un microcontrolador por ejemplo, obteniendo de ésta manera cualquier tipo de señal física en tensiones eléctricas cuyos datos podrán ser procesados por el dispositivo electrónico, la señal digital puede ser:. ·. Almacenada en un soporte digital.. ·. Transmitida digitalmente para poder reconstruirla.. ·. Tratada con programas los valores analógicos que dé un sensor.. Limitando la señal en un intervalo de tiempo y con valores mínimos y máximos de voltaje hay que tener en cuenta dos factores fundamentales a la hora de almacenar 4.

(23) dicha señal en un formato adecuado que pueda almacenarse y procesarse digitalmente, se tiene que muestrear y cuantificar. El muestreo implica que debemos coger una muestra de la señal cada T segundos ya que no hay memoria suficiente capaz de almacenar los infinitos puntos de una señal en un intervalo cualquiera de tiempo. En la figura 1.3 se muestra un ejemplo de conversor del muestreo.. Se ha acotado. un segundo de tiempo y 5 V de tensión de entrada analógica del PIC. Se han tomado 24 muestras en un segundo, esto es, la frecuencia de muestreo.. Figura 1.3 Ejemplo de muestreo. La cuantificación surge por el mismo motivo que el muestreo, pero para el eje de ordenadas: al tener una muestra su amplitud puede tomar infinitos valores, se debe redondear entre unos valores fijos a lo largo de ese eje.. Estos valores van a. depender del número de bits que se vaya a almacenar para cada muestra. Por ejemplo, en la figura 1.3 se cogen 4 bits y con ellos se pueden formar 16 combinaciones y por lo tanto 16 distintos niveles en los que se puede dividir el eje. 1.1.4.2. RTC3 (RELOJ DE TIEMPO REAL). Un reloj de tiempo real es utilizado para proporcionar información sobre tiempo, fecha y generar interrupciones. 3. http://www.mikroe.com/downloads/get/1198/es_rtc_manual_v100.pdf 5.

(24) Además, dispone de la función de temporizador y de alarma. Debido a la batería, el reloj de tiempo real sigue funcionando incluso al apagar la fuente de alimentación.. Aunque controlar el tiempo puede hacerse sin un RTC; este cuenta con algunos beneficios: ·. Bajo consumo de energía (importante cuando está funcionando con una pila).. ·. Libera trabajo al sistema principal para que pueda dedicarse a tareas más críticas.. ·. Algunas veces más preciso que otros métodos.. 1.1.4.3. Puertos entrada/salida 4. ·. Pueden ser unidireccionales o bidireccionales.. ·. Se configuran a través de un registro específico.. ·. Debe estar mapeados.. ·. Se acceden por medio de una dirección.. ·. Pueden ser TTL, CMOS, ST, según sea el dispositivo con el que se comunican.. ·. Permiten realizar transferencias entre el exterior y el microcontrolador.. Existen dos modos de transferencia: Paralelo: El paralelo utiliza un conjunto de líneas; tantas como bits a transmitir simultáneamente por las que cada una pasa un bit en un intervalo de tiempo Serie: El puerto utiliza una única línea por la que en intervalos de tiempos diferentes, se transmiten una a uno todos los bits del dato.. 4. http://www.dte.us.es/tec_inf/itig/microele/docu/curso0506/tema3/TUTORIAL_PUERT. OS_E_S_0405.pdf 6.

(25) En la figura 1.4 se observa la transferencia de datos en serie y en paralelo.. Figura 1.4 Transferencia de datos 1.1.4.4. Comparador analógico5. El comparador analógico es un periférico bastante simple pero puede darnos grandes beneficios.. Este comparador permite comparar los valores de voltaje. aplicados a dos pines del uC. El resultado de la comparación es un nivel lógico el cual puede ser leído mediante programa (ACO: Analog Comparator Output bit).. 5. http://es.wikipedia.org/wiki/Modulaci%C3%B3n_por_ancho_de_pulsos. 7.

(26) En la figura 1.5 se muestra un ejemplo de comparador analógico.. Figura 1.5 Comparador analógico. 1.1.4.5. Puertos de comunicación6. Los microcontroladores tienen la posibilidad de comunicarse con otros dispositivos externos, otros buses de microprocesadores, buses de sistemas, buses de redes y podemos adaptarlos con otros elementos bajo otras normas y protocolos. Entre los que destacan: UART: Adaptador de comunicación serie asíncrona. USART: Adaptador de comunicación serie síncrona y asíncrona. 6. http://www.netzek.com/2013/12/atmega16-comparador-analogico.html. 8.

(27) PUERTA PARALELA ESCLAVA: Para poder conectarse con los buses de otros microprocesadores. USB (Universal Serial Bus): Es un moderno bus serie para los PC. Bus I2C: Es una interfaz serie de dos hilos desarrollado por Philips. CAN (Controller Area Network): Para permitir la adaptación con redes de conexionado multiplexado desarrollado conjuntamente por Bosch e Intel para el cableado de dispositivos en automóviles. 1.1.5 PICS Los PIC son una familia de microcontroladores desarrollados y fabricados por la empresa Microchip Technologies Inc., los cuales cuentan con una tecnología tipo RISC (Reduced Instruction Set Computer) y poseen en su arquitectura interna características especiales que varían según el modelo de PIC que deseamos utilizar.7 Tienen características asequibles,. de facilidad de uso, herramientas de desarrollo muy. gran cantidad de información disponible, bajo precio y fácil. disponibilidad. 1.1.5.1. Características8. ·. Núcleos de UCP de 8/16 bits con Arquitectura Harvard modificada.. ·. Memoria Flash y ROM disponible desde 256 bytes a 256 kilobytes.. ·. Puertos de E/S (típicamente 0 a 5,5 voltios).. ·. Temporizadores de 8/16 bits.. ·. Tecnología Nanowatt para modos de control de energía.. ·. Periféricos serie síncronos y asíncronos: USART, AUSART, EUSART.. ·. Conversores analógico/digital de 8-10-12 bits.. 7. http://www.monografias.com/trabajos12/microco/microco.shtml#ixzz3U0eaU2Tr. 8. http://www.unrobotica.com/manuales/basic.pdf 9.

(28) ·. Comparadores de tensión.. ·. Módulos de captura y comparación PWM.. ·. Controladores LCD.. ·. Periférico MSSP para comunicaciones I²C, SPI, y I²S.. ·. Memoria EEPROM interna con duración de hasta un millón de ciclos de lectura/escritura.. ·. Periféricos de control de motores.. ·. Soporte de interfaz USB.. ·. Soporte de controlador Ethernet.. ·. Soporte de controlador CAN.. ·. Soporte de controlador LIN.. ·. Soporte de controlador Irda.. ·. Variaciones del PIC.. 1.1.5.2. Clasificación de los microcontroladores PIC. Los microcontroladores PIC utilizan arquitectura Harvard es decir; su memoria de programa está conectada a la CPU por más de 8 líneas. Pueden tomarse diversas maneras de clasificar los PIC y ninguna puede considerarse definitiva, debido a la rápida evolución de estos dispositivos. En la clasificación por familias, las principales diferencias radican en el número de instrucciones y su longitud, el número de puertos y funciones, lo cual se refleja en el encapsulado, la complejidad interna y de programación y en el número de aplicaciones. En la Tabla 1.1 se presentan distintas formas de clasificar a los PIC´s, según diversos aspectos.. 10.

(29) Tabla 1.1 Clasificación de los microcontroladores PIC´s PIC10 PIC12 PIC14. FAMILIA DE PRODUCTOS. PIC16 PIC17 PIC18. FLASH. TIPO DE MEMORIA. OTP ROM. 4 - 17 patillas. NÚMERO DE PATILLAS. 18 - 27 patillas. E/S. 28 - 44 patillas 45 - 80 patillas. 0.5K - 1K 2K - 4K. TAMAÑO DE MEMORIA (BYTES). 8K - 16K 24K -32K 48K - 64K 96K - 128K. 1.2. SENSORES. Un sensor es un dispositivo que está capacitado para detectar acciones o estímulos externos y responder en consecuencia. Estos dispositivos pueden transformar las magnitudes físicas o químicas en magnitudes eléctricas.. Miden de manera. automática una variable, como por ejemplo la temperatura, la presión o inclusive el régimen de giro, entre otras cosas. 11.

(30) La diferencia de un sensor con un transductor es en que el sensor está siempre en contacto con la variable de instrumentación, con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. 1.2.1 TIPOS DE SENSORES9 Existen diferentes tipos de sensores, en función del tipo de variable que tengan que medir o detectar: 1.2.1.1. De contacto. Se emplean para detectar el final del recorrido o la posición límite de componentes mecánicos 1.2.1.2. Ópticos. Detectan la presencia de una persona o de un objeto que interrumpen el haz de luz que le llega al sensor. 1.2.1.3. De humedad. Se basan en que el agua no es un material aislante como el aire sino que tiene una conductividad eléctrica. Por lo tanto un par de cables eléctricos desnudos (sin cinta aislante recubriéndolos) van a conducir una pequeña cantidad de corriente si el ambiente es húmedo; si colocamos un transistor en zona activa que amplifique esta corriente tenemos un detector de humedad. 1.2.1.4. Magnéticos. Detecta los campos magnéticos que provocan los imanes o las corrientes eléctricas. El principal es el llamado interruptor Reed; consiste en un par de láminas metálicas de materiales ferromagnéticos metidas en el interior de una cápsula que se atraen en presencia de un campo magnético, cerrando el circuito. 9. http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena11/4quince. na11_contenidos_3d.htm 12.

(31) 1.2.1.5. Infrarrojos. Si recordamos el espectro electromagnético estudiado en un tema anterior, existía una franja de ondas electromagnéticas cuya frecuencia es muy baja para que nuestros ojos la detecten; son los infrarrojos. Existen diodos capaces de emitir luz infrarroja y transistores sensibles a este tipo de ondas y que por lo tanto detectan las emisiones de los diodos. Esta es la base del funcionamiento de los mandos a distancia; el mando contiene diodos que emiten infrarrojos que son recibidos por los fototransistores del aparato. 1.2.1.6. Temperatura. Los sensores de temperatura son dispositivos diseñados para transformar los cambios de temperatura en señales eléctricas para su medición y control. Los tipos de sensores de temperatura vienen dados de la siguiente manera: Termistor: Un termistor es una pieza de semiconductor hecha de óxidos de metal que están comprimidos en una pieza, disco, oblea u otra forma y son sometidos a altas temperaturas. Por último son cubiertos con epoxi o vidrio. Al igual que con los RTDs, pasa una corriente a través del termistor para leer el voltaje en el termistor y determinar su temperatura. Sin embargo, a diferencia de los RTDs, los termistores tienen más alta resistencia (2,000 Ω a 10,000 Ω) y una sensibilidad mucho más alta (~200 Ω/°C), permitiéndoles alcanzar más alta sensibilidad en un rango de temperatura limitado (hasta 300 °C). RTD: Su funcionamiento se basa en la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura. Termopar: Llamado también termocupla, por estar formado por dos metales distintos que produce una diferencia de potencial muy pequeña. Su funcionamiento se basa en el efecto termoeléctrico. Oscilan entre 0° y 2000° C dependiendo del termopar.. 13.

(32) 1.3 LCD (DISPLAY DE CRISTAL LÍQUIDO) Es un dispositivo controlado de visualización gráfica para la presentación de caracteres, símbolos o incluso dibujos.. Tienen la facilidad de conectarse a. microprocesadores y microcontroladores, sumado a la óptima presentación de la información. Para hacer funcionar un LCD, debe estar conectado a un circuito impreso en el que estén integrados los controladores del display y los pines para la conexión. Tiene un consumo de energía de menos de 5mA y son ideales para dispositivos que requieran una visualización pequeña o media. 1.3.1 CARACTERÍSTICAS ·. Pantalla de caracteres ASCII, además de los caracteres Kanji y Griegos.. ·. Desplazamiento de los caracteres hacia la izquierda o la derecha.. ·. Proporciona la dirección de la posición absoluta o relativa del carácter.. ·. Memoria de 40 caracteres por línea de pantalla.. ·. Movimiento del cursor y cambio de su aspecto.. ·. Permite que el usuario pueda programar 8 caracteres.. ·. Conexión a un procesador usando un interfaz de 4 u 8 bits.. 1.4 TRANSFORMADOR Los transformadores son dispositivos electromagnéticos que permiten aumentar o disminuir la tensión de red basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Permiten proporcionar una tensión óptima para los receptores. Consisten en dos bobinas de material conductor sobre un mismo núcleo de hierro pero aisladas entre sí eléctricamente.. La única conexión entre las bobinas la. constituye el flujo magnético que se establece en el núcleo.. Las bobinas o. devanados se denominan primarios y secundarios según correspondan a la entrada o salida del sistema. En la figura 1.6 se muestra el diagrama básico de un transformador.. 14.

(33) La importancia de los transformadores se debe a que, gracias a ellos ha sido posible el desarrollo de la industria eléctrica.. Su utilización hizo posible la realización. práctica y económica del transporte de energía eléctrica a grandes distancias. 1.4.1 FUNCIONAMIENTO La corriente que circula a través del devanado primario genera un flujo magnético alterno, la mayor parte de este flujo atraviesa el otro devanado e induce una fuerza electromotriz fem alterna. Este flujo magnético es más fuerte según cuantas espiras (vueltas) tenga el devanado primario.. En el arrollamiento secundario ocurre el. proceso inverso, el flujo magnético que circula por el núcleo genera una tensión que será tanto mayor cuanto mayor sea el número de espiras del secundario y cuanto mayor sea la corriente magnética que circula por el núcleo (la cual depende del número de espiras del primario). Así la tensión de salida depende de la tensión de entrada y del número de espiras de primario y secundario. ୗ ୗ ൌ ୔ ୔. . Donde: ܸௌ = Tensión del devanado secundario ܰௌ = Número de espiras del secundario ܸ௣ = Tensión del devanado primario. ܰ୮ = Número de espiras del secundario. Figura 1.6 Diagrama Transformador. 15.

(34) 1.4.2 TIPOS DE TRANSFORMADORES Existe gran variedad de transformadores y a su vez varias clasificaciones de ellos. Pero podemos citar tres grandes grupos: 1.4.2.1. Los autotransformadores. Son máquinas que funcionan como un transformador común; se caracteriza por tener una parte del devanado en común con el primario y el secundario. La principal ventaja de este tipo de transformadores radica en que se puede disminuir el tamaño y los materiales utilizados respecto al transformador clásico para igual potencia nominal implicando una disminución sustancial en los costos del equipo, aunque con algunas desventajas que deben ser tomadas en cuenta al momento de seleccionar la aplicación de este transformador. En la figura 1.7 se muestra un ejemplo de autotransformador.. Figura 1.7 Diagrama de un autotransformador. 1.4.2.2. Transformadores monofásicos. Estos transformadores tienen dos bobinados que se encuentran separados uno del otro, pero formando parte del mismo núcleo de acero. En el bobinado primario o de entrada “E” se conecta. la fuente de suministro de tensión de corriente. 16.

(35) alterna, mientras que en el enrollado secundario o de salida “S” se conecta la carga, en este caso una resistencia (R). La carga se conecta siempre al transformador en el circuito correspondiente al bobinado secundario o de salida “S”, ya sea éste reductor o elevador de tensión. La longitud y diámetro del alambre de cobre del bobinado primario y secundario que utiliza, lo calcula el fabricante para que su salida “S” pueda entregar la tensión y capacidad que requiere la carga que se le va a conectar, siempre que los watt (W) de consumo no superen lo admitido. Cuando el consumo en watt supera la que puede soportar el transformador, se produce una caída de voltaje en el bobinado de salida, caso contrario si la potencia consumida es demasiado alta uno de los bobinados o los dos se queman si la temperatura que produce la circulación del flujo de la corriente. (A) por dichos. bobinados supera los límites de seguridad que permite el barniz aislante del alambre de cobre.. En ese caso las espiras del alambre se ponen en corto circuito y el. transformador queda dañado. En la figura 1.8 se muestra un ejemplo de transformador monofásico.. Figura 1.8 Diagrama transformador monofásico. 17.

(36) 1.4.2.3. Transformadores trifásicos10. Actualmente el transformador más utilizado es el trifásico. Debido a que la producción, distribución y consumo de energía eléctrica se realizan en corriente alterna trifásica. El transformador trifásico es utilizado para transformar un sistema trifásico equilibrado de tensiones en otro sistema equilibrado de tensiones trifásico pero con diferentes valores de tensiones e intensidades. Para relacionar las tensiones y las corrientes del bobinado primario con las del bobinado secundario, no es suficiente en los sistemas trifásicos con la relación de transformación, se debe indicar los desfases relativos entre las tensiones de una misma fase entre el lado de Alta Tensión y el de Baja Tensión. Los tres arrollamientos, tanto del primario como del secundario, se pueden conectar de diversas formas: ·. Conexiones en Estrella.. ·. Conexiones en Triángulo. En la figura 1.9 se muestra un ejemplo de conexión trifásico.. Figura 1.9 Diagrama conexión trifásico. 10. http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/bobinas_trafos/trafos_tr. if.htm 18.

(37) 1.5 PUENTE RECTIFICADOR11 El puente rectificador es un circuito electrónico usado en la conversión de corriente alterna en corriente continua. Consiste en cuatro diodos comunes, que convierten una señal con partes positivas y negativas en una señal únicamente positiva. Un simple diodo permitiría obtener parte positiva, pero el puente permite aprovechar también la parte negativa obteniendo la rectificación de la onda completa. El puente, junto con un condensador y un diodo Zener, permite convertir la corriente alterna en continua. El papel de los cuatro diodos comunes es hacer que la electricidad vaya en un solo sentido, mientras que el resto de componentes tienen como función estabilizar la señal. Esta es una configuración ampliamente usada con diodos individuales cableados como se muestra, o con puentes de simple componente, donde el puente de diodos está cableado internamente. En la figura 1.10 se muestra un diagrama básico del puente rectificador. Figura 1.10 Diagrama de un puente rectificador. 11. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electronic/rectbr.html. 19.

(38) 1.6 OPTOACOPLADORES12 Un optoacoplador, es conocido como un optoaislador o aislador acoplado ópticamente, es un elemento de emisión y recepción que funciona como un interruptor, activado mediante la luz emitida por un diodo LED que satura un componente optoelectrónico, normalmente en forma de fototransistor o fototriac. De esta manera se combinan en un solo dispositivo semiconductor, un fotoemisor y un fotoreceptor cuya conexión entre ambos es óptica, lo cual permite aislar la etapa de control de un circuito de la etapa de potencia obteniendo mayor seguridad al diseñar e implementar un circuito que trabaje en conjunto. Los elementos mencionados se encuentran dentro de un encapsulado del tipo DIP. Se utilizan para aislar eléctricamente a dispositivos muy sensibles. En la Figura 1.11, el voltaje de la fuente de la izquierda y la resistencia en serie establecen una corriente en el LED emisor cuando se cierra el interruptor S1. Si la corriente genera un nivel de luz adecuado, al incidir sobre el fototransistor lo saturará, generando una corriente en R2. De esta forma el voltaje de salida será igual a cero con S1 cerrado y a V2 con S1 abierto. Si el voltaje de entrada varía, la cantidad de luz emitida también lo hará, provocando que el voltaje de salida cambie de acuerdo con el voltaje de entrada. Así el dispositivo puede acoplar una señal de entrada con el circuito de salida, aunque se debe tener en cuenta que las curvas tensión/luz del LED no son lineales, por lo que la señal puede distorsionarse. La principal ventaja de un optoacoplador es el aislamiento eléctrico que se genera entre los circuitos de entrada y salida. Mediante el optoacoplador, el único contacto entre ambos circuitos es un haz de luz.. 12. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electronic/rectbr.html 20.

(39) Estos aislamientos son útiles en aplicaciones de alta tensión en las que los potenciales de los dos circuitos pueden diferir en varios miles de voltios. En la figura 1.11 se muestra el diagrama de un Optoacoplador.. Figura 1. 11 Diagrama de un Optoacoplador. 1.7 TRIAC13 El Triac es un dispositivo semiconductor de tres terminales que es utilizado para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, es equivalente a tener dos tiristores conectados en paralelo.. Su función es la de interruptor o switch electrónico en corriente alterna solamente, con la ventaja de que conduce en ambos sentidos y es posible bloquearlo por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento.. El Triac puede ser disparado independientemente de la polarización de la compuerta, es decir; mediante una corriente de compuerta positiva o negativa. Como muestra la Fig. 1.12, está constituido de 3 terminales MT1 (A1) – MT2 (A2) y Gate (Compuerta), MT1 y MT2 son los terminales que cierran el circuito al controlar o alimentar, el terminal G, es el de la compuerta que aplicando un voltaje a él tenemos continuidad entre MT1-MT2 permitiendo que el circuito de la carga se cierre.. 13. http://www.gte.us.es/~leopoldo/Store/tsp_1.pdf 21.

(40) La carga puede ser un motor, una resistencia, un foco, etc. La señal a aplicar en G, es del orden de 1V a 2 V y 0.03 A a 0.05 A. Los TRIACs se diferencian unos de otros por el voltaje y la corriente que pueden manejar, de ahí también dependen el encapsulado y su tamaño. Son fabricados para funcionar a frecuencias bajas. Se fabrican para intensidades de algunos amperios hasta unos 200 A y desde 400V a 1000 V de tensión de pico repetitivo.. Figura 1.12 Diagrama Triac. En la tabla 1.2 se detallan los cuatro modos de disparos posibles del TRIAC. Tabla 1.2 Modos de disparo Triac ·. Terminal T2 positiva con respecto a T1.. ·. Intensidad de puerta entrante.. ·. Funcionan las capas P1N1P2N2 como tiristor con emisor en corto circuito, ya que la metalización del terminal del cátodo cortocircuita parcialmente la capa emisora N2 con la P2.. Modo I +. ·. La corriente de puerta circula internamente hasta T1, en parte por la unión P2N2 y en parte a través de la zona P2. Se produce la natural inyección de electrones de N2 a P2 que es favorecida en el área próxima a la puerta por la caída de tensión que produce en P2 la circulación lateral de corriente de puerta.. ·. Parte de los electrones inyectados alcanzan por difusión la unión. 22.

(41) Modo I +. P2N1, que bloquea el potencial exterior, y son acelerados por ella iniciándose la conducción.. ·. Terminal T2 positivo respecto a T1.. ·. Intensidad de puerta saliente.. ·. El disparo es similar al de los tiristores de puerta de unión. Inicialmente conduce la estructura auxiliar P1N1P2N3 y luego la principal P1N1P2N2.. Modo I -. ·. El disparo de la primera se produce como un tiristor normal actuado T1 de puerta y P de cátodo. Toda la estructura auxiliar se pone a la tensión positiva de T2 y polariza fuertemente la unión P2N2 que inyecta electrones hacia el área de potencial positivo. La unión P2N1 de la estructura principal que soporta la tensión exterior, es invadida por electrones en la vecindad de la estructura auxiliar, entrando en conducción.. ·. Terminal T2 negativo respecto a T1.. ·. El disparo tiene lugar por el procedimiento llamado de puerta remota. Entra en conducción la estructura P2N1P1N4.. · Modo III +. La inyección de electrones de N2 a P2 es igual a la descrita en el modo I +. Los que alcanzan por difusión la unión P2N1 son absorbidos por su potencial de unión, haciéndose más conductora. El potencial positivo de puerta polariza más positivamente el área de la unión P2N1 próxima a ella que la próxima a T1, provocándose una inyección de huecos desde P2 a N1 que alcanza en parte la unión N1P1 encargada de bloquear la tensión exterior y se produce la entrada en conducción.. 23.

(42) ·. Terminal T2 negativo respecto a T1.. ·. Intensidad de puerta saliente.. ·. También se dispara por el procedimiento e puerta remota, conduciendo las capas P2N1P1N4.. · Modo III -. La capa N3 inyecta electrones en P2 que hacen más conductora la unión P2N1. La tensión positiva de T1 polariza el área próxima de la unión P2N1 más positivamente que la próxima a la puerta. Esta polarización inyecta huecos de P2 a N1 que alcanzan en parte la unión N1P1 y la hacen pasar a conducción.. ·. Los cuatro modos de disparo descritos tienen diferente sensibilidad. Siendo los modos I + y III - los más sensibles, seguidos de cerca por el I -. El modo III + es el disparo más difícil y debe evitarse su empleo en lo posible.. ·. El fabricante facilita datos de características eléctricas el bloqueo, conducción y de dispar por puerta de forma similar a lo explicado para el tiristor.. 1.8 CONTROL CRUCE POR CERO El circuito de cruce por cero sirve como referencia para conocer cuando la señal senoidal efectivamente pasa por ese valor. Se detecta el cruce de cero, se toma una pausa y se dispara el TRIAC; durante la pausa, la carga permanece apagada, al disparar el TRIAC la carga se enciende y permanece encendida hasta que el voltaje pasa por cero apagando automáticamente al TRIAC. El propósito es tener el control de disparo de 0° a 180° C en cada semiciclo de la energía de corriente alterna. La detección de cruce por cero ayuda a lograr lo anterior, ya que el método empleado tiene una respuesta casi inmediata al cruce por cero. Así se logra tener una señal de control de ancho de pulso de 0 al 100% para disparar al Triac, dejando 24.

(43) al microcontrolador la tarea de proporcionar la señal de referencia para generar la señal PWM deseada. Para el disparo del Triac se requiere de un circuito que identifique el cruce por cero de la señal proveniente de la red eléctrica.. 1.9 OPTOTRIAC14 Los optotriacs se utilizan para proveer un aislamiento óptico entre la entrada (fuente de comando) y la salida (carga) de circuitos. En la figura 1.13 se muestra el símbolo del Optotriac. Los optotriacs con cruce por cero (ZC) y sin cruce por cero (NZC) se usan para hacer interface de aplicaciones entre baja corriente DC y cargas de alta potencia AC. En muchas aplicaciones, el uso de optotriacs ZC eliminan o minimizan los picos de corriente que resultan de la interferencia electromagnética (EMI) y de la interferencia de radio frecuencia (RFI). Figura 1.13 Símbolo del Optotriac. 12. http://www.optecpower.com/Aplicacion%20900.html. 25.

(44) 1.10 USB (Bus Universal Series) Es una interface plug&play de cuatro hilos que define los cables, conectores y protocolos usados en un bus para conectar, comunicar y proveer de alimentación eléctrica entre computadoras, periféricos y dispositivos electrónicos. Distribuye 5V para alimentación. Permite a los dispositivos trabajar a velocidades mayores, en promedio a unos 12 Mbps, esto es más o menos de 3 a 5 veces más rápido que un dispositivo de puerto paralelo y de 20 a 40 veces más rápido que un dispositivo de puerto serial. Es un bus basado en el paso de un testigo, semejante a otros buses como los de las redes locales en anillo con paso de testigo y las redes FDDI. El controlador USB distribuye testigos por el bus. El dispositivo cuya dirección coincide con la que porta el testigo responde aceptando o enviando datos al controlador.. Este también. gestiona la distribución de energía a los periféricos que lo requieran. Emplea una topología de estrellas apiladas que permite el funcionamiento simultáneo de 127 dispositivos a la vez. En la raíz o vértice de las capas, está el controlador anfitrión o host que controla todo el tráfico que circula por el bus. Esta topología permite a muchos dispositivos conectarse a un único bus lógico sin que los dispositivos que se encuentran más abajo en la pirámide sufran retardo. A diferencia de otras arquitecturas, USB no es un bus de almacenamiento y envío, de forma que no se produce retardo en el envío de un paquete de datos hacia capas inferiores. El USB consta de tres elementos: ·. Controlador:. ·. Hubs o Concentradores. ·. Periféricos. 26.

(45) 1.10.1 VELOCIDADES DE TRANSMISION DE DATOS En la tabla 1.3 se encuentra detallada la información acerca de las velocidades de transmisión USB. Tabla 1.3 Velocidades de transmisión de datos USB. Tasa de transferencia de hasta 1,5 Mbit/s (188 KB/s). Baja velocidad (1.0). Utilizado en su mayor parte por dispositivos de interfaz humana (Human Interface Device, en inglés) como los teclados, los ratones (mouse), las cámaras web, etc.. Tasa de transferencia de hasta 12 Mbit/s (1,5 MB/s) Velocidad completa (1.1). según este estándar. Estos dispositivos dividen el ancho de banda de la conexión USB entre ellos, basados en un algoritmo de impedancias LIFO.. Tasa de transferencia de hasta 480 Mbit/s (60 MB/s) pero con una tasa real práctica máxima de 280 Mbit/s Alta velocidad (2.0). (35 MB/s). El cable USB 2.0 dispone de cuatro líneas, un par para datos, y otro par de alimentación.. Tiene una tasa de transferencia de hasta 4,8 Gbit/s (600 MB/s). La velocidad del bus es diez veces más rápida que la del USB 2.0, debido a que han incluido Superalta velocidad (3.0). 5 contactos adicionales, desechando el conector de fibra óptica propuesto inicialmente, y será compatible con los estándares anteriores.. 27.

(46) El Bus Serial Universal está dado por un cable especialmente diseñado para la transmisión de datos entre la computadora y diferentes periféricos, que pueden acceder simultáneamente al mismo con el fin de recibir o transmitir datos.. La. arquitectura del bus garantiza la posibilidad de que los periféricos sean conectados y desconectados del host mientras este y otros periféricos están operando normalmente 1.10.2 ARQUITECTURA Todos los dispositivos USB responden también a un mismo patrón estandarizado, que más allá de las características propias de cada fabricante, comprende los mismos elementos funcionales. 1.10.2.1. Transceiver. El cable USB está compuesto por solo cuatro cables: Vbus, D+, D - y GND. La información y los datos se mueven por los cables D+ y D - , con dos velocidades: 12Mbps o 1.5Mbps. Fabricado dentro del mismo chip controlador de periférico, y puede verse como la interfaz misma de un dispositivo externo contra el resto del sistema. 1.10.2.2 Tiene. Serial interface enginer (SIE). la función de seriar y agrupar las transmisiones, además maneja los. protocolos de comunicación, las secuencias de paquetes, el control CRC y la codificación NRZI. 1.10.2.3. Function interface unit (FIU). Este elemento administra los datos que son transmitidos y recibidos por el cable USB. Se basa y apoya en el contenido y estado de los FIFOs (Monitorea los estados de las transacciones, los buffer FIFO, y solicita atención para diversas acciones a través de interrupciones contra el CPU del host.. 28.

(47) 1.10.3 DIAGRAMA DE CAPAS En el diagrama de capas de la figura podemos ver cómo fluye la información entre las diferentes capas a nivel real y a nivel lógico. En la figura 1.14 se muestra la conexión entre el controlador host y un dispositivo periférico.. Figura 1.14 Diagrama de capas USB. 1.10.4 CONECTORES USB SERIE “A” Y SERIE “B” Existen dos tipos de conectores dentro del Bus Serial Universal. El conector serie A está pensado para todos los dispositivos USB que trabajen sobre plataformas de PCs. el conector serie B. Ambos conectores son estructuralmente diferentes e insertarlos de forma equívoca es imposible por la forma de las ranuras. En la figura 1.15 se muestra la estructura USB.. 29.

(48) Figura 1.15 Estructura USB. 1.10.5 USB HID (Human Interface Device) Dispositivo de interfaz humana, se refiere a un tipo de interfaz de usuario para computadores que interactúan directamente, tomando entradas provenientes de usuarios que pueden entregar una salida. El término HID comúnmente se refiere a la especificación USB-HID. Las principales motivaciones para HID eran las de permitir innovaciones en los dispositivos de entrada a la computadora y simplificar el proceso de instalar esos dispositivos. Antes de HID, los dispositivos normalmente se ajustaban a muy 30.

(49) estrictos protocolos para el ratón, teclados y joysticks. Cualquier innovación en el hardware requería sobrecargar el uso de datos en un protocolo existente o la creación de un nuevo driver o de un nuevo protocolo para los desarrolladores de aplicaciones.. En contraste con todos los dispositivos HID, entregan paquetes. autodescriptivos que pueden contener una infinidad variada de tipos de datos y formatos. Un solo driver HID en la computadora analiza sintácticamente los datos y permite una asociación dinámica de datos de entrada y salida (I/O) con la funcionalidad de la aplicación.. Éste tiene habilitado la innovación rápida y. proliferación de nuevos dispositivos de interfaz humana. Los objetivos principales de la definición de clase HID son: ·. Ser lo más compacto posible para ahorrar espacio de datos del dispositivo.. ·. Permitir la aplicación de software para omitir información desconocida.. ·. Ser extensible y robusto.. ·. Que soporte la anidación y las colecciones.. ·. Ser autodescriptivo para permitir aplicaciones de software genéricas.. HID comunes: ·. Teclado.. ·. Ratón, trackball, touchpad, pointing stick.. ·. Tableta gráfica.. ·. Joystick.. HID menos comunes: ·. Dispositivos simuladores de la conducción y dispositivos para simulación de vuelo, tales como palancas e mando, volantes y pedales.. ·. Power Glove de Nintendo.. ·. Plataforma de baile.. ·. Wiimote.. 31.

(50) En el protocolo HID existe 2 entidades: el host y el dispositivo. El dispositivo es la entidad que directamente interactúa con el humano, como lo hace un teclado o un ratón. El host se comunica con el dispositivo y recibe datos de entrada del dispositivo en las acciones ejecutadas por el humano. Los datos de salida van del host al dispositivo y luego al humano. El ejemplo más común de un host es un computador, pero algunos celulares y PDA también pueden ser hosts. El protocolo HID realiza la implementación de los dispositivos de manera sencilla. Los dispositivos definen sus paquetes de datos y luego presentan un descriptor HID al host. El descriptor HID es codificado como un grupo de bytes que describen los paquetes de datos del dispositivo.. Esto incluye: cuantos paquetes soporta el. dispositivo, el tamaño de los paquetes, y el propósito de cada byte y bit en el paquete. El dispositivo normalmente almacena el descriptor HID en la ROM y no se necesita intrínsecamente analizar sintácticamente el descriptor HID. Algunos hardware de ratones y teclados en el mercado de hoy, son implementados usando solo una CPU de 8 bits. Se espera del host que sea una entidad más compleja que el dispositivo. El host necesita obtener el descriptor HID del dispositivo y lo analiza antes de que se pueda entablar la comunicación con el dispositivo. 1.10.6 USB MODO CDC Es una clase de dispositivo compuesto de Universal Serial Bus. La clase puede incluir más de una interfaz, como una interfaz de control personalizado, interfaz de datos,. audio. o. interfaces. de. almacenamiento. relacionado. con. la. masa.. Esta clase de dispositivo de comunicación no solo se utiliza principalmente para los módems, sino también para la RDSI, máquinas de fax y aplicaciones de telefonía para realizar llamada de voz regulares.. 32.

(51) Esta clase es también para los dispositivos de red de computadoras similar a una tarjeta de red, proporcionando una interfaz para la transmisión de Ethernet o ATM enmarca en algunos medios físicos. Versiones de Microsoft Windows anteriores a Windows Vista no funcionan con las partes de red del CDC USB, usando en su lugar propio derivado de Microsoft llamado Microsoft RNDIS, una versión serializada del Microsoft NDIS. Esta clase se puede utilizar para equipos industriales como maquinaria CNC para permitir la actualización de más edad RS-232 controladores de serie y la robótica, ya que pueden mantener la compatibilidad del software. El dispositivo se conecta a una línea RS-232 comunicaciones y el sistema operativo en el lado del USB hace que el dispositivo USB aparece como un puerto RS-232 tradicional. Los fabricantes de chips como prolífico Tecnología, FTDI, Microchip y Atmel ofrecen facilidades para desarrollar fácilmente USB dispositivos RS-232.. 1.11 LENGUAJES DE PROGRAMACION Un lenguaje de programación es un conjunto limitado de palabras y de símbolos que representan procedimientos, cálculos, decisiones y otras operaciones que pueden ejecutar una computadora. 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 (de ser necesario) y se mantiene el código fuente de un programa informático se le llama programación.. 33.

(52) 1.11.1 CLASIFICACIÓN15 Los lenguajes de programación se pueden dividir considerando tres criterios: Según el nivel de abstracción: ·. Los lenguajes de bajo nivel: Son lenguajes de programación que se acercan al funcionamiento de una computadora. El lenguaje de más bajo nivel es, por excelencia, el código máquina. A éste le sigue el lenguaje ensamblador, ya que al programar en ensamblador se trabajan con los registros de memoria de la computadora de forma directa.. ·. Los lenguajes de medio nivel: Hay lenguajes de programación que son considerados por algunos expertos como lenguajes de medio nivel (como es el caso del lenguaje C) al tener ciertas características que los acercan a los lenguajes de bajo nivel pero teniendo, al mismo tiempo, ciertas cualidades que lo hacen un lenguaje más cercano al humano y, por tanto, de alto nivel.. ·. Los lenguajes de alto nivel: Son normalmente fáciles de aprender porque están formados por elementos de lenguajes naturales, como el inglés.. Según el paradigma de programación:. ·. Paradigma imperativo: Describe la programación como una secuencia de instrucciones o comandos que cambian el estado de un programa. El código máquina en general está basado en el paradigma imperativo. Su contrario es el paradigma declarativo.. 15. http://www.monografias.com/trabajos99/historia-y-definicion-lenguajes-. programacion/historia-y-definicion-lenguajes. 34.