Diseño de un control de motores DC por PWM Díaz Romero Carlos Sebastian 1. Y Porras Velásquez Diego Armando 2. Triana castro Carlos Humberto 3. Fundación universitaria universitaria de San Gil UNISANGIL, Facultad de ciencias naturales e ingeniería Ingeniería Mantenimiento San Gil, Santander, Colombia
[email protected] [email protected] [email protected] [email protected] B.
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en este laboratorio realizamos la conexión de un motor dc, a un generador que va conectado a una carga (leds), alimentando el motor con una señal pwm que envía la señal a una compuerta and y not las cuales dan el sentido de giro del motor, en esta conexión hay un potenciómetro el cual se encarga de la cantidad de fuerza que entrega el motor, para obtener la señal pwn se utiliza utiliza un arduino arduino mega. Resumen
74ls08
Circuito integrado 7408. Es una compuerta lógica AND basada en tecnología TTL, acrónimo Inglés de Transistor-Transistor Logic o "Lógica Transistor a Transistor". Esta compuerta tiene muchas aplicaciones en la electrónica digital, dentro de las cuales podemos encontrar decodificadores sistemas para mensajes relojes digitales, etc. Características técnicas:
I.
INTRODUCCIÓN
Durante el proceso de programación, investigación y de desarrollo de este laboratorio, se logró llegar al montaje de transferencia de energía de un motor a un generador para la alimentación de una serie de leds, alimentados por el generador, todo esto actúa gracias a una señal pwn obtenida del arduino mega, a su vez conectado a dos compuertas una and y otra not, las cuales cumplían la función de controlar el sentido de nuestro motor. II. A.
MARCO TEÓRICO
Arduino mega
Arduino es una marca de micros controladores mundialmente conocida por los amantes de la electrónica, la programación y la robótica. Es un proyecto Open Source que pone a disposición de sus usuarios una amplia gama de dispositivos basados en el micro controlador AtMega. Es posible comprar co mprar una placa Arduino armada o bien conseguir las piezas piezas para uno mismo desarrollar sus propios dispositivos, El Arduino Mega es probablemente el micro controlador más capaz de la familia Arduino. Posee 54 pines digitales que funcionan como entrada/salida; 16 entradas análogas, un cristal oscilador de 16 MHz, una conexión USB, un botón de reset y una entrada para la alimentación de la placa. La comunicación entre la computadora y arduino se produce a través del puerto USB.
Parámetro: 7408 Tensión de Cashampeo Vcc: 5 ±0.25 Tensión de entrada nivel rodilla VIH: 2.0 a 5.5 Tensión de entrada nivel janiwi VIL: -0.5 a 0.8 Tensión de salida nivel alto VOH condiciones de funcionamiento: funcionamiento: VCC = 4.75, VIH = 2.0 / 2.4 a 3.4 Tensión de salida nivel bajo VOL condiciones de funcionamiento: funcionamiento: VCC = 4.75, VIL = 0.8 / 0.2 a 0.4 Corriente de salida nivel alto IOH: máx. -0.8 Corriente de salida nivel bajo IOL: máx. 16 Tiempo de propagación: 15.0 Descripción de las terminales del CI 7408
Pin 1: la entrada A de la compuerta 1. Pin 2: la entrada B de la compuerta 1. Pin 3: aquí veremos el resultado de la operación de la primera compuerta. compuerta. Pin 4: la entrada A de la compuerta 2. Pin 5: la entrada B de la compuerta 2. Pin 6: aquí veremos el resultado de la operación de la segunda compuerta. Pin 7: normalmente GND: Es el polo negativo de la alimentación, alimentación, generalmente tierra. Pin 8: aquí veremos el resultado de la operación de la cuarta compuerta. Pin 9: la entrada B de la compuerta 4. Pin 10: la entrada A de la compuerta 4. Pin 11: aquí veremos el resultado de la operación de la tercera compuerta. Pin 12: la entrada B de la compuerta 3. Pin 13: la entrada A de la compuerta 3.
Tabla de verdad
A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
Q 0 0 0 1
Claude Elwood Shannon experimentaba con relés con relés o interruptores electromagnéticos para conseguir las condiciones de cada compuerta lógica, por ejemplo, para la función booleana Y (AND) colocaba interruptores en circuito en circuito serie, ya serie, ya que con uno solo de éstos que tuviera la condición «abierto», la salida de la compuerta Y sería = 0, mientras que para la implementación de una compuerta O (OR), la conexión de los interruptores tiene una configuración en circuito paralelo.
La tecnología microelectrónica microelectrónica actual permite la elevada integración de transistores de transistores actuando como conmutadores en redes lógicas dentro de un C. 74ls04 pequeño circuito pequeño circuito integrado. El integrado. El chip de la CPU la CPU es una El circuito integrado 7404 cuenta con 6 inversores de las máximas expresiones de este avance independientes con tecnología TTL. Cada inversor tecnológico. puede ser usado sin la necesidad de conectar los En nanotecnología se está desarrollando el uso de demás. Su salida es el estado inverso a su entrada, la En nanotecnología una compuerta lógica molecular, que haga posible cual no debe ser superior al voltaje de alimentación una del circuito integrado. la miniaturización miniaturización de circuitos. Características del 7404
E.
- Tecnología: TTL - Voltaje de alimentación 5v a 5.5vdc - Temperatura: 0ºC a 70ºC. - Encapsulados disponibles: PDIP - SOIC.
La puerta AND o compuerta AND es una una puerta puerta lógica digital que implementa la conjunción lógica -se comporta de acuerdo a la tabla de verdad mostrada a la derecha. Ésta entregará una salida ALTA (1), dependiendo de los valores de las entradas, siendo este caso, al recibir solo valores altos en ambas entradas. Si algunas de estas entradas no son ALTAS, entonces se mostrará un valor de salida BAJA (0). En otro sentido, la función de la compuerta AND efectivamente encuentra el mínimo entre dos dígitos binarios, así como la función OR encuentra el máximo. Por lo tanto, la salida X solamente es "1" (1 lógico, nivel alto) cuando la entrada A como la entrada B están en "1". En otras palabras, la salida X es igual a 1 cuando la entrada A y la entrada B son 1 Una puerta lógica, o compuerta lógica, es un dispositivo un dispositivo electrónico con una función booleana. función booleana. Suman, multiplican, niegan o afirman, incluyen o excluyen según sus propiedades lógicas. Se pueden aplicar a tecnología electrónica, eléctrica, mecánica, hidráulica y neumática. Son circuitos de conmutación integrados en un chip. un chip. Claude Elwood Shannon experimentaba con relés con relés o interruptores electromagnéticos para conseguir las condiciones de cada compuerta lógica, por ejemplo, para la función booleana Y (AND) colocaba interruptores en circuito en circuito serie, ya serie, ya que con uno solo de éstos que tuviera la condición «abierto», la salida de la compuerta Y sería = 0, mientras que para la implementación de una compuerta O (OR), la conexión de los interruptores tiene una configuración en circuito en circuito paralelo.
INPUT OUTPUT
D.
A
NOT A
0
1
1
0
Compuerta NOT
En lógica digital, un inversor, puerta NOT o compuerta NOT es una puerta una puerta lógica que implementa la negación la negación lógica . A la derecha se muestra la tabla de verdad. Siempre verdad. Siempre que su entrada está en 0 (cero) o en BAJA, su salida está en 1 o en ALTA, mientras que cuando su entrada está en 1 o en ALTA, su SALIDA va a estar en 0 o en BAJA. La función física del inversor, es la de cambiar en su salida el nivel del voltaje de su entrada entre los definidos como lógico ALTO Y lógico BAJO. Una puerta lógica, o compuerta lógica, es un dispositivo un dispositivo electrónico con una función booleana. función booleana. Suman, multiplican, niegan o afirman, incluyen o excluyen según sus propiedades lógicas. Se pueden aplicar a tecnología electrónica, eléctrica, mecánica, hidráulica y neumática. Son circuitos de conmutación integrados en un chip. un chip.
Puerta AND
La tecnología microelectrónica microelectrónica actual permite la elevada integración de transistores de transistores actuando como conmutadores en redes lógicas dentro de un pequeño circuito pequeño circuito integrado. El integrado. El chip de la CPU la CPU es una de las máximas expresiones de este avance tecnológico. En nanotecnología En nanotecnología se está desarrollando el uso de una compuerta lógica molecular, que haga posible una la miniaturización miniaturización de circuitos. F.
Puente H
Un Puente en H es un circuito electrónico que permite a un motor eléctrico DC girar en ambos sentidos, avance y retroceso. Son ampliamente usados en robótica en robótica y como convertidores de potencia. Los puentes H están disponibles como circuitos, pero también pueden construirse a partir de componentes discretos.
Estructura de un puente H (marcado en rojo).
desconectamos el motor de la fuente que lo alimenta. En el siguiente cuadro se resumen las diferentes acciones.
S1
S2
S3
S4
Resultado
1
0
0
1
El motor gira en avance
0
1
1
0
El motor gira en retroceso
0
0
0
0
1
0
1
0
G.
El motor se detiene bajo su inercia
El motor frena (fast-stop)
Arduino
Arduino es una plataforma de hardware de hardware libre, basada libre, basada en una placa una placa con un microcontrolador y un entorno un entorno de desarrollo, esarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica electrónica en proyectos multidisciplinares. El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos de entrada/Salida. Los microcontroladores más usados son el Atmega168, Atmega328, Atmega 1280, y Atmega8 por Atmega8 por su sencillez y bajo coste que permiten permiten el desarrollo de múltiples diseños. Por otro lado el software consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje de programación Processing/Wiring y el cargador de arranque que es ejecutado en la placa.4 placa .4 Se programa en el ordenador para que la placa controle los componentes electrónicos.
Los 2 estados básicos del circuito. El término "puente H" proviene de la típica representación gráfica del circuito. Un puente H se construye con 4 interruptores (mecánicos o mediante transistores). Cuando los interruptores S1 y S4 (ver primera figura) figura) están cerrados (y S2 y S3 abiertos) se aplica una tensión positiva en el motor, haciéndolo girar en un sentido. Abriendo los interruptores S1 y S4 (y cerrando S2 y S3), el voltaje se invierte, permitiendo el giro en sentido sentido inverso del motor. motor. Con la nomenclatura que estamos usando, los interruptores S1 y S2 nunca podrán estar cerrados al Desde octubre de 2012, Arduino se utiliza también mismo tiempo, porque esto cortocircuitaría cortocircuitaría la fuente con microcontroladoras CortexM3 de ARM de 32 de tensión. Lo mismo sucede con S3 y S4. bits, bits,5 que coexistirán con las más limitadas, pero también económicas económicas AVR de 8 bits. ARM y AVR no son plataformas compatibles a nivel binario, pero se Aplicaciones Como hemos dicho el puente H se usa para invertir el pueden programar con el mismo IDE de Arduino y giro de un motor, pero también puede usarse para hacerse programas que compilen sin cambios en las frenarlo (de manera brusca), al hacer un corto entre las dos plataformas. Eso sí, las microcontroladoras bornes del motor, o incluso incluso puede usarse para permitir permitir CortexM3 usan 3,3V, a diferencia de la mayoría de las que el motor frene bajo su propia inercia, cuando placas con AVR, que generalmente usan 5V. Sin
embargo, ya anteriormente se lanzaron placas Arduino con Atmel AVR a 3,3V como co mo la Arduino Fio y existen compatibles de Arduino Nano y Pro como Meduino en que se puede conmutar el voltaje. Arduino puede tomar información del entorno a través de sus entradas analógicas y digitales, puede controlar luces, motores y otros actuadores. El microcontrolador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing). Los proyectos hechos con Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un ordenador. También cuenta con su propio software que se puede descargar de su página oficial que ya incluye los drivers de todas las tarjetas disponibles lo que hace más fácil la carga de códigos desde el computador. Arduino se puede utilizar para desarrollar objetos interactivos autónomos o puede ser conectado a software tal como Adobe Flash, Processing, Max/MSP, Pure Max/MSP, Pure Data. Una Data. Una tendencia tecnológica es utilizar Arduino como tarjeta de adquisición de datos desarrollando interfaces en software como JAVA, Visual Basic y LabVIEW. Las placas se pueden montar a mano o adquirirse. El entorno de desarrollo integrado libre se puede descargar gratuitamente.
The Arduino Starter Kit
Arduino Materia 101
Accesorios:
TFT LCD Screen
USB/Serial Light Adapter
Arduino ISP
La plataforma Arduino ha sido usado como base en diversas aplicaciones electrónicas:
Xoscillo: Osciloscopio Xoscillo: Osciloscopio de código abierto. abierto .16
Equipo científico para investigaciones. investigaciones .17
Arduinome: Un dispositivo controlador dispositivo controlador MIDI. MIDI .18
OBDuino: un económetro un económetro que usa una interfaz de diagnóstico a bordo que se halla en los automóviles modernos.
Arduino Galileo
Arduino Uno
Arduino Due
Arduino Tre (En Desarrollo)
Arduino Mega ADK
Arduino Ethernet
Arduino Mega 2560
Arduino Mini
Arduino Nano
Escudos (Shields):
SCA-ino: Sistema de cómputo automotriz capaz de monitorear sensores como el TPS, el MAP y el 02S y controlar actuadores automotrices como la bobina de ignición, la válvula IAC y
Tipos de arduino:
Los modelos en venta de Arduino se categorizan en 4 diferentes productos: placas, escudos, kits y accesorios. Placas
Mini USB/Serial Adapter Aplicaciones
aceleradores electrónicos.
Humane Reader: dispositivo electrónico de bajo coste con salida de señal de TV que puede manejar una biblioteca de 5000 títulos en una tarjeta microSD tarjeta microSD..19
The Humane PC: equipo que usa un módulo Arduino para emular un computador personal, con un monitor de televisión y un teclado para computadora. computadora.20
Ardupilot: software y hardware de aeronaves no tripuladas.
ArduinoPhone: un teléfono móvil construido sobre un módulo Arduino. Arduino .21 22
Impresoras 3D.
Arduino GSM Shield
Arduino Ethernet Shield
H.
Arduino Wireless Proto Shield
La función PWM función PWM es algo en lo que posiblemente no
Arduino Proto Shield
pensemos, un fundamento que desconoceremos si no
Kits:
Señal pwn
tenemos amplios conocimientos de informática
técnica, pero algo con lo que estamos más habituados de lo que podríamos imaginar. Este tipo de función se lleva a cabo en segundo plano, sin que lo sepamos, pero proporcionando ventajas importantes a nuestros equipos. Que es pwn:
Hablamos de la función PWM como abreviatura de la modulación por ancho de pulsos, algo que se ha convertido en una práctica habitual de los interruptores de potencia modernos, controlando la energía de inercia. Esta acción tiene en cuenta la modificación del proceso de trabajo de una señal de tipo periódico. Puede tener varios objetivos, como tener el control de la energía que se proporciona a una carga o llevar a cabo la transmisión de datos. Como funciona:
La función PWM función PWM requiere de un circuito en el cual hay distintas partes bien diferenciadas entre sí. El comparador es lo que se convierte en el nexo, contando con una salida y un total de dos entradas distintas. A la hora de configurarlo tenemos que tener en cuenta que una de las dos entradas se centra en dar espacio a la señal del modulador. Por su lado, la segunda entrada tiene que estar vinculada con un oscilador de tipo de dientes de sierra para que la función se pueda llevar a cabo con éxito. La señal que proporciona el oscilador con dientes es lo que determina la salida de la frecuencia. Es un sistema que ha dado buenas demostraciones de funcionar, convirtiéndose en un recurso muy utilizado en cuanto c uanto a la disponibilidad de recursos energéticos. Para que sirve: Tenemos que tener en cuenta distintos factores a la hora de hablar de los usos prácticos de la función PWM. Con el paso de los años y desde que la PWM entrara en vigor, las placas madre contaron con sensores de temperatura, consultables desde la bios del equipo. A partir de ese momento se impuso reducir el ruido de la CPU, haciendo que el ordenador reaccionara de distintas maneras en base al contexto. Si, por ejemplo, estamos utilizando el equipo con el
objetivo de descargar archivos, como demos de videojuegos, realmente el ordenador no necesita una potencia superior a superior a la mínima. En estos casos la CPU no se calienta, no necesita el ventilador y se debe evitar gastar energía de forma innecesaria. Cuando montamos un ordenador que deba poder ofrecer un rendimiento de primer nivel, pensamos en incluir la mayor potencia de ventilación, para que en situaciones críticas estos ventiladores puedan funcionar a toda máquina con el objetivo de evitar problemas en el equipo. Pero esta configuración se desaprovecha en momentos como en el ejemplo citado de la descarga de archivos. En estas situaciones no es necesario que el ventilador gire a toda velocidad, sino que se puede mantener en los niveles mínimos. La función PWM es una manera de regularlo. Para perfeccionar esto se le añadió un cable adicional que manda una señal de la velocidad a la que está funcionando el ventilador. La placa base se encarga de regular la velocidad a la que debe ir el ventilador en cada momento. Si el equipo se calienta mucho, le dice con una señal que debe trabajar más. Para ello hay que configurar el ordenador desde la bios siempre pensando en obtener obtener los menores índices índices de ruido. Para que la función PWM tenga más sentido y sea más completa, existen accesorios que se encargan de llevar esa señal a otros ventiladores que también se puedan beneficiar de ella. El objetivo común es mejorar lo máximo posible el rendimiento de estos equipos. III.
IV.
OBJETIVOS DE ESTE LABORATORIO .
Investigar el funcionamiento y aplicación de los dispositivos electrónicos utilizados para la práctica de laboratorio. Mirar el comportamiento de las compuertas lógicas, y conocer su funcionamiento e investigar su variedad de aplicaciones. ELEMENTOS UTILIZADOS
Arduino mega 2560 Puente H L293D Compuerta AND Compuerta NOT
V.
Dos motores (Operando como motor y el otro como generador) Leds Interruptor de tres posiciones Resistencia Protoboard Potenciómetro PASOS A SEGUIR PARA LA ELABORACIÓN DE
UN MOTOR LINEAL ELÉCTRICO
Se crea el código que se le va ah implementar al Arduino y se revisa su funcionamiento con un led variando el potenciómetro. // Pin digital PWM que utilizaremos para alimentar el LED int pinLed = 10; // Pin analógico que utilizaremos como entrada de datos int entradaDatos = A0; // Variable que recogerá las lecturas de A0 int valorDatos = 0; void setup() { // Configuramos el pin del LED como salida, aunque no es necesario pinMode(pinLed, OUTPUT); } void loop() { // Leemos el valor en la entrada analógica A0 y se lo asignamos a valorDatos valorDatos = analogRead(entradaDat analogRead(entradaDatos); os); // Determinamos el nivel de salida analogWrite(pinLed, analogWrite(pi nLed, valorDatos / 4); }
Esquema grafico PWM 1
la función analogRead(entradaDatos) analogRead(entradaDatos) va va a proporcionarnos un valor situado entre 0 y 1023 . La línea necesaria para iluminar el led la encontramos, encontramos, analogWrite(pinLed, valorDatos/ 4);. Su trabajo es “escribir” en la salida indicada como primer argumento argumento (pinLed) el valor que pasemos como segundo argumento ( valorDatos / 4 ). El valor que “escribimos” será el leído dividido por cuatro porque en las salidas digitales PWM el rango de valores de salida va desde 0 hasta 255 . En nuestro caso, 0 se correspondería con un ancho de pulso del 0% del periodo (0v), y 255 se correspondería con un ancho de pulso del 100% del periodo (5v). Luego de haber comprobado que la señal PWM está funcionando pasamos a montar el circuito.
Podemos apreciar el funcionamiento de este motor en el siguiente link. https://youtu.be/KGYWXo-aLgA CONCLUSIONES Los motores DC o de corriente continua se pueden controlar por medio de pulsos. pulsos. VI.
Un motor eléctrico de corriente continua es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos, electromagnéticos, que para funcionar se vale de las fuerzas de atracción y repulsión que existen entre los polos.
Es necesario que los materiales a emplearse sean los indicados para que el voltaje no dañe los elemento
VII.
EFERENCIAS R EFERENCIAS
[1] [1]https://es.w https://es.wikipedia.org/w ikipedia.org/wiki/Puente_H_(e iki/Puente_H_(electr%C3%B3nica) lectr%C3%B3nica) [2]]https://es.w [2 https://es.wikipedia.org/w ikipedia.org/wiki/Puerta_NOT iki/Puerta_NOT [3]]https://es.w [3 https://es.wikipedia.org/w ikipedia.org/wiki/Puerta_l%C3 iki/Puerta_l%C3%B3gica %B3gica [4]]http://ww [4 http://www.ecured.cu/index.p w.ecured.cu/index.php/Circuito_ hp/Circuito_integrado_740 integrado_74088 [5]]https://es.w [5 https://es.wikipedia.org/w ikipedia.org/wiki/Arduino iki/Arduino [6]]http://ww [6 http://www.ibertronica.es/bl w.ibertronica.es/blog/refrigeracion/f og/refrigeracion/funcion-pwm/ uncion-pwm/ [7]]http://ww [7 http://www.electronicoscaldas.com w.electronicoscaldas.com/datasheet/74LS04. /datasheet/74LS04.pdf pdf [8]]https://es.w [8 https://es.wikipedia.org/w ikipedia.org/wiki/Puerta_OR iki/Puerta_OR [9]]http://ww [9 http://www.ecured.cu/index.p w.ecured.cu/index.php/Circuito_ hp/Circuito_integrado_740 integrado_74088
