Robótica – Manual de Prácticas Práctica 1 – Control de velocidad de rotación de motor de corriente directa en lazo abierto.
Objetivo general: Identificar, documentar y experimentar, con recursos periféricos internos de sistemas embebidos para el control sin retroalimentación de la velocidad rotacional de motor de corriente directa. Objetivos específicos: 1. Reconocer, documentar y experimentar recursos r ecursos internos asociados en el funcionamiento general de terminales digitales en puertos de entrada e ntrada y salida. 2. Identificar, documentar y experimentar recursos internos necesarios para el funcionamiento general de módulo de conversión analógica a digital (ADC). 3. Reconocer, documentar y experimentar recursos internos asociados a la operación general de módulo de comparación, captura y modulación por ancho de pulso (CCPM). 4. Identificar, documentar y experimentar recursos internos asociados a la operación general del módulo de comunicaciones USART (Unidad Síncrona/Asíncrona Receptora – Transmisora).
Herramienta y equipo: Cantidad
Descripción
1 1 1 1 1 1 1
Pinza de punta Pinza de corte Multímetro digital Frecuencímetro Fuente de poder regulada Adaptador USB a RS-232 Placa de desarrollo SD-PIC con microcontrolador PIC18F4620 @ 16Mhz
1 1
Eliminador de pared 9Vdc @ 2 amperes Computadora
Materiales: Recomendado Cantidad
Descripción Descripc ión
1
Protoboard (tableta de prototipos)
1
Puente H tarjeta con circuito integrado TB6612FNG
1
Kit Magician con chasís y motorreductores
1
Potenciómetro de 5K ohms
1
Sensor de barrera (corte) IRT8102
1
Resistencia 330Ω @ ¼ de Watt
Opcional Cantidad
1
1
SN754410
L293D
1
10K
20K
1
470Ω
1 Facultad de Telemática – semestre agosto 2016 – enero 2017
2
Robótica – Manual de Prácticas 1
Circuito integrado 74LS14
2
Capacitor cerámico 0.1 uF @ 50V
2
Capacitor electrolítico 1uF @ 50V
10
Cable Dupont macho-macho 20cm
1
74LS132
74HC14
Procedimiento: 1. Implementar el circuito electrónico correspondiente al diagrama de bloques de la figura 1.1 2. Diseñar la arquitectura software para un control de lazo abierto implementado con sistema embebido. El sistema debe controlar la velocidad de rotación de un motor de corriente directa mediante magnitud proporcional de voltaje de entrada analógico. El incremento de voltaje debe aumentar la velocidad del motor en proporción directa, disminuir el voltaje debe decrementar la velocidad de forma proporcional. Las magnitudes obtenidas en la conversión AD deberán ser monitorizadas en terminal serie como enteros sin signo. 3. Dibujar diagrama de flujo para el algoritmo del programa de control. 4. Diseñar y compilar programa con funciones y recursos necesarios para la operación del sistema de control propuesto. 5. Instalar terminal AN1310 v1.05r de Microchip para descargar de firmware a la tarjet a de desarrollo y visualización de información serial producida por el sistema. 6. Alimentar el circuito lógico con la fuente de poder regulada y/o con las salidas +5V y GND de la placa de desarrollo. 7. Alimentar entrada de voltaje de motor en el puente H directamente con voltaje de las baterías o con fuente de alimentación externa. 8. Descargar firmware al microcontrolador de la placa de desarrollo y verificar funcionamiento. 9. Observar el comportamiento general de la práctica al incrementar o disminuir el voltaje en el canal de entrada para la conversión analógica a digital (ADC) y documentar resultados en la tabla 1.1. a) En cada etapa, medir voltaje de entrada analógico con multímetro digital. b) Colocar sensor de corte infrarrojo y codificador incremental en eje del motor para medir revoluciones con frecuencímetro. Figuras 1.2 y 1.3. 10. Elaborar dos graficas de relación; una de ellas con voltaje de entrada contra la magnitud del ADC obtenida en la terminal serie; y la otra, con el voltaje de entrada contra las revoluciones medidas con frecuencímetro. Tabla 1.1.
2 Facultad de Telemática – semestre agosto 2016 – enero 2017
Robótica – Manual de Prácticas +Vcc
5K - 20KΩ
ANX
CCPX I/O
PWM
OFF/ON
uC PIC18F4620
RX TX
Figura 1.1 Diagrama de bloques sistema de control de velocidad en lazo abierto.
Sensor óptico de barrera
Codificador incremental
Cortes en el codificador
Figura 1.2 Derecha - Esquema del codificador incremental y sensor de barrera.
Izquierda – Detalle de dimensiones de una de las ruedas del vehículo.
3 Facultad de Telemática – semestre agosto 2016 – enero 2017
Ø63.80mm
Robótica – Manual de Prácticas +5V
+
470Ω
4.7KΩ IRT8102
Figura 1.3 Diagrama de bloques del circuito eléctrico para la detección de cortes del codi ficador incremental.
Etapa de pruebas
Voltaje de entrada
1
0.0V
2
0.5V
3
1.0V
4
1.5V
5
2.0V
6
2.5V
7
3.0V
8
3.5V
9
4.0V
10
4.5V
11
5.0V
Magnitud ADC
Revoluciones por minuto
Tabla 1.1 Relación voltaje de entrada/Magnitud ADC/RPM.
Recomendaciones: a). Asegurar que no hay energía presente al conectar/remover elementos/componentes en los circuitos electrónicos. b). Emplear hojas de datos del fabricante como referencia para conectar cada componente de los circuitos de la práctica. c). Identificar terminales de cada componente, verificando los detalles o marcas indicados por el fabricante. d). Asegurar la distribución correcta de voltajes Vs (Potencia) y Vss (Lógico), así como conexión a tierra común. e). Instalar programa bootloader en el microcontrolador PIC elegido para la práctica antes de insertarlo en la placa de desarrollo SD-PIC, este permite la descarga de archivos hexadecimales (nuevos programas compilados) por medio de la comunicación serie y la aplicación AN1310v1.05r de Microchip. f). Emplear cables Dupont para la conexión entre la placa de desarrollo SD-PIC y protoboard.
4 Facultad de Telemática – semestre agosto 2016 – enero 2017
Robótica – Manual de Prácticas g). Asegurar que la placa de desarrollo cuenta con el par de puentes que conectan las terminales RX y TX con el transceptor y convertidor de niveles MAX232. h). Identificar puerto asignado por la computadora al adaptador USB a RS232, para la configuración de la terminal de comunicación serial. i). Al programar algoritmo en software, asegurar el tiempo de espera mínimo recomendado por el fabricante para cada conversión AD.
Competencias: 1. Enliste recursos internos (registros de propósito específico) asociados a la configuración y operación de puertos de Entrada y Salida digitales. 2. Describa la secuencia de funciones específicas en el compilador PIC CCS, necesarias para configurar las terminales RB7:RB4 como salidas y RB3:RB0 como e ntradas. 3. ¿Qué efecto se presenta al compilar un programa con las directivas de preprocesamiento: #USE_STANDARD, #USE_FAST_IO, #USE_FIXED_IO?, describa cada c aso. 4. Enliste recursos internos (registros de propósito específico) asociados a la configuración y operación dl módulo de conversión analógico a digital (ADC). 5. Describa la secuencia de funciones específicas en el compilador PIC CCS, necesarias para: seleccionar la máxima velocidad de conversión a 16Mhz; configurar los canales A0, A1 y A2 como entradas analógicas, habilitar las entradas de voltaje de refere ncia externo Vref+ y Vref-. 6. ¿Cuál es el número máximo de muestras (conversiones) ADC que es posible obtener, empleando el ciclo de instrucción del uC con factor de predivisión de dos?, considere Fosc = 16Mhz. 7. Enliste recursos internos (registros de propósito específico) asociados a la configuración y operación del módulo de comparación/captura/modulación por ancho de pulso (PWM). 8. Describa la secuencia de funciones específicas en el compilador PIC CCS, necesarias para: configurar la máxima frecuencia de modulación por ancho de pulso a 16Mhz, para un control de ciclo de trabajo de 10 bits (escala de 0 a 1023). 9. ¿Cuál es la máxima frecuencia posible en modo PWM para el control de ciclo de trabajo de 10 bits y Fosc de 16Mhz? 10. Enliste recursos internos (registros de propósito específico) asociados a la configuración y operación del módulo USART. 11. Describa la secuencia de directivas de preprocesamiento y/o funciones específicas en el compilador PIC CCS, necesarias para: configurar el módulo USART para una tasa de transferencia de 57,600bps, transmisión de 8 Bits, sin paridad, B3 =R X, D5 = TX. considere Fo sc = 16Mhz. 12. ¿Qué porcentaje de error fue encontrado en la frecuencia de transmisión en el punto anterior? 13. ¿Cuál será la distancia recorrida por un vehículo con cada giro completo de la rueda indicada en la figura 1.2.? 14. ¿Cuál es la velocidad de desplazamiento del vehículo del punto anterior si los motores giran a 6 RPM?
Bibliografía: García, Eduardo. Compilador C CCS y simulador Proteus para microcontroladores PIC. Alfaomega / Marcombo Ediciones Técnicas 2011. Galeano, Gustavo. Programación de Sistemas Embebidos en C. Alfaomega 2009.
5 Facultad de Telemática – semestre agosto 2016 – enero 2017
Robótica – Manual de Prácticas Fusario, Rubén J., Crotti, Patricia S., Bursztyn, Andrés., Civale, Omar. Teoría de Control para Informáticos. Alfaomega 2012. Ogata, Katsuhiko. Ingeniería de Control Moderna, 5ª Ed. Pearson Education 2010. Manual motorreductor DG101D-A130. http://www.dagurobot.com/goods.php?id=166. Recuperado agosto 2016. Manual microcontrolador PIC18F4620. http://www.microchip.com/wwwproducts/en/PIC18F4620. Recuperado agosto 2016. Manual tarjeta con circuito integrado TB6612FNG. https://www.pololu.com/product/713. Recuperado agosto 2016.
6 Facultad de Telemática – semestre agosto 2016 – enero 2017
