Universidad de Los Andes La Paz - Bolivia
Facultad de Ing. Automotriz Carrera de Ing. Automotriz
PROYECTO DE GRADO
IMPLEMENTACIÓN IMPLEMENTACIÓN DE UN VELOCÍMETRO DIGITAL QUE ACTIVE EL FRENO MOTOR, PARA EL CONTROL DE EXCESO DE VELOCIDAD CASO: MOTOR TOYOTA 3S-FE
POSTULANTE: Univ. Henry G. Mayorga Zeballos TUTOR: Ing. Rubén D. Sirpa Espinoza
La Paz, Septiembre, 2012
Dedicatoria: A la Memoria de mi querido Padre Tiburcio y mi amada Hermanita Patty A mi abnegada Madre Flora por haberme brin brinda dado do en todo odo mome moment nto o su apoy apoyo o para para seguir adelante con mis estudios. A mi amada a mada esposa Mayjori y mi adorada hij hija Ivian, dándome su amor y cariño e impulsándome a seguir adelante.
Dedicatoria: A la Memoria de mi querido Padre Tiburcio y mi amada Hermanita Patty A mi abnegada Madre Flora por haberme brin brinda dado do en todo odo mome moment nto o su apoy apoyo o para para seguir adelante con mis estudios. A mi amada a mada esposa Mayjori y mi adorada hij hija Ivian, dándome su amor y cariño e impulsándome a seguir adelante.
Agradecimientos: A DIOS, sobre todas las cosas, que me permitió realizar este trabajo rodeado de mi familia. A MI MADRE, quienes siempre me han apoyado en toda mi vida brindándome su amor y cariño. A MI ESPOSA E HIJA, quienes me dan fuerza, cariño y amor para seguir adelante. A MIS CATECRÁTICOS, de la Carrera de Ingeniería Automotriz, en Lic. Luis Luis R. Már Márquez quez G. por especial especial al Lic. por apoy apoyar arme me y ayud ayudar arme me en todo odo momento. Ing. Rubén Rubén Sir Sirpa, pa, por A mi tutor Ing. por dar una una palab alabra ra de alie alient nto o en el momento adecuado para realizar este trabajo.
A MI COMISIÓN REVISORA DE TESIS, Ing. Alberto Valdivia e Ing. Edwin Yapu por Yapu por dar un sabio consejo para realizar un buen trabajo por ayudarme a realizar esa intensa búsqueda, a cualquier precio, de la superación. Gracias por toda su ayuda. A MIS AMIGOS, que con cada granito de apoyo me alentaron a seguir trabajando. A todas las personas que de alguna manera contribuyeron a terminar este trabajo.
Índice de Contenido CAPITULO I GENERALIDADES 1.1. INTRODUCCIÓN ........................................... .............................................................................................. ............................................................ ......... 1 1.2. ANTECEDENTES........................................................................................................ 2 1.3. DESCRIPCION DEL OBJETO DE ESTUDIO .................................................................... 3 1.4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................ ............................................................................ .................................... 4 1.4.1. Identificación del problema ................................................................................ 5 1.4.2. Representación Gráfica del Problema.................................................................. 5 1.4.3. Pregunta de investigación................................................................................... 5 1.5. OBJETIVOS............................................................................................................... 6 1.5.1. Objetivo General ................................................... ................................................................................................ ............................................. 6 1.5.2. Objetivos Específicos .......................................................................................... 6 1.6. JUSTIFICACION ........................................................................................................ 6 1.6.1. Justificación Técnica ........................................................................................... 6 1.6.2. Justificación Social.............................................................................................. 7 1.6.3. Justificación Económica ......................................... ...................................................................................... ............................................. 7 1.7. METODOLOGÍA Y TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN ....................................................... 7 1.7.1. Metodología ....................................................................................................... 7 1.7.1.1. Método de Investigación Cuantitativo ............................................................ 7 1.7.2.2. Método de investigación Cuasi-experimental.................................................. 8 1.7.2. Técnicas .................................................. ..................................................................................................... ............................................................ ......... 8 1.7.2.1. Revisión Documental...................................................................................... 8 1.7.2.2. Cuestionario Cuestionario Estructurado Estructurado ................................................... .............................................................................. ........................... 9 1.8. ALCANCES Y APORTES.............................................................................................. 9 1.8.1. Alcance Espacial ................................................................................................. 9 1.8.2. Alcance Temporal............................................................................................... 9 1.8.3. Alcance Temático ............................................................................................. 10 1.8.4. Aportes Aportes .................................................. ..................................................................................................... .......................................................... ....... 10
CAPITULO II MARCO TEÓRICO 2.1. SENSORES DE VELOCIDAD Y EL TABLERO DE CONTROL DEL VEHÍCULO (VELOCIMETRO) .............................................................. 11 2.1.1. Señales de entrada y salida de los sensores de velocidad................................... 11 2.1.1.1. Entrada........................................................................................................ 11 2.1.1.2. Salida........................................................................................................... 12 i
2.1.1.3. Señales Análogas.......................................................................................... 13 2.1.1.4. Señales Digitales ............................................... .......................................................................................... ........................................... 13 2.1.2. Tipos de sensores de velocidad ................................................ ......................................................................... ......................... 13 2.1.2.1 Sensor tipo Reluctancia Magnética o Inductora.............................................. 13 a) Principio de funcionamiento............................................................................... 14 b) Simbología eléctrica........................................................................................... 15 2.1.2.2. Sensor Efecto Hall ........................................................................................ 15 a) Estructura ............................................. ................................................................................................ ............................................................. .......... 15 b) Funcionamiento................................................................................................. 16 c) Simbología eléctrica........................................................................................... 17 2.1.3. Instrumentos de seguridad del vehículo (velocímetro) ...................................... 17 2.1.3.1. Cuadro Porta Instrumento............................................................................ 17 2.1.3.2. Cuadro de de control optoelectrica optoelectrica o Digital ............................................ ...................................................... .......... 21 2.1.3.3. Velocímetro ............................................. ................................................................................................ ..................................................... 22 2.2. ESTRUC ESTRUCTUR TURA A Y CLASI CLASIFIC FICACI ACIÓND ÓNDEE LOS PICS, PICS, DE ACUERDO A LOS REQUERIMIENTOS ESTABLECIDOS................................................ 24 2.2.1. Familia de Microcontroladores de PICs.............................................................. 25 2.2.1.1. Gama Baja ................................................................................................... 26 2.2.1.2. Gama Media ............................................ ............................................................................................... ..................................................... 27 2.2.1.3. Gama Alta.................................................................................................... 27 2.2.2. Microcontrolador 16F88 ................................................................................... 28 2.2.2.1. Pines del microcontrolador 16F88................................................................. 28 2.2.2.2. Circuito de Reloj........................................................................................... 29 2.2.2.3. Circuito Circuito de Reset ............................................... .......................................................................................... ........................................... 30 2.2.2.4. Arquitectura interna del Pic 16F88................................................................ 31 2.2.2.5. Programas cargadores de PICs ................................................... ...................................................................... ................... 33 a) Lenguaje de Bajo Nivel o Código Maquina........................................................... 33 b) Lenguaje de Alto Nivel........................................................................................ 34 c) Programas Cargadores de PICs............................................................................ 34 2.3. SISTEMA DE FRENO MOTOR DEL VEHÍCULO............................................................ 35 2.3.1. Sistema Auxiliar de Freno ................................................................................. 35 2.3.1.1. Freno Motor en el Escape............................................................................. 35 2.3.1.2. Funcionamiento del Freno Motor ................................................................. 35 2.3.2. Estructura del sistema del Freno Motor............................................................. 36 2.3.3. Freno Motor con Mando Neumática y Mando Electroneumático ....................... 38 2.3.3.1. Mando Automático de un Freno con Válvula Neumática ............................... 38 2.3.3.2. Mando Automático de un Freno con Función Electroneumático .................... 38 2.3.3.3. Potencia de Freno Motor.............................................................................. 39
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CAPITULO III MARCO PRÁCTICO 3.1. 3.1. SIMUL SIMULACI ACIÓN ÓN DEL CIRC CIRCUI UITO TO “VEL “VELOCÍ OCÍME METRO TRO DIGIT DIGITAL” AL” EN SOFTWARE ELECTRÓNICO MÁS SU ADECUACIÓN EN HARDWARE PARA SU IMPLEMENTACIÓN DEL PROTOTIPO EN EL VEHÍCULO................................ 41 3.1.1. Diagrama de bloques del Proyecto.................................................................... 41 3.1.2. Descripción del proyecto y sus componentes..................................................... 43 3.1.3. Fuente de alimentación ......................................... .................................................................................... ........................................... 43 3.1.4. Entrada de señal al circuito desde el sensor de velocidad................................... 44 3.1.5. Modulo LCD y Microcontrolador ....................................................................... 46 3.1.6. Ajuste de Contraste ............................................... .......................................................................................... ........................................... 47 3.1.7. Actuador Actuador ................................................ ................................................................................................ .......................................................... .......... 48 3.1.8. Lista de componentes del circuito ............................................ ..................................................................... ......................... 49 3.2. SIMULACIÓN DEL CIRCUITO EN SOFTWARE ELECTRÓNICO Y PROGRAMA DEL MICROCONTROLADOR .............................................. ................................................................. ................... 50 3.2.1. Software de simulación de programa electrónico electrónico ............................................. ............................................... 50 3.2.2. Programación del PIC 16F88.............................................................................. 52 3.2.3. Calculo para programar el mocrocontrolador del velocímetro en Km/h........................................................................................................... 55 3.3. PRUEBA Y ADECUACIÓN DEL PROTOTIPO EN PROTOBOARD.................................... 56 3.3.1. Elaboración del circuito en prototipo ................................................................ 56 3.3.2. Equipos eléctricos utilizados para la prueba y funcionamiento del “Velocímetro Digital” en laboratorio ......................................... ............................................................ ................... 56 3.4. ELABORACIÓN DE LA PLACA Y LA CARCASA MAS SU ADECUACIÓN DEL CIRCUITO DEL PROTOTIPO ............................................. ............................................................................... .................................. 59 3.4.1. Quemado de placa para el circuito..................................................................... 59 3.4.2. Soldado de los componentes electrónicos en la placa......................................... 59 3.5. IMPLEMENTACION DEL VELOCÍMETRO DIGITAL AL VEHÍCULO.................................. 61 3.5.1. Señal del Sensor de Velocidad............................................................................ 61 3.5.2. Instalación del Velocímetro Digital al Vehículo................................................... 61 3.5.3. Velocímetro Digital en funcionamiento dentro el vehículo.................................. 63 3.5.4. Esquema de conexión del velocímetro digital en el sistema de freno motor ............................................. ................................................................................................ ..................................................... 64 3.6. 3.6. ENCU ENCUES ESTA TA PARA PARA DEFIN DEFINIR IR SI HAY HAY O NO ACEP ACEPTA TACI CIÓN ÓN PARA PARA LA IMP MPLLEME MEN NTACI ACIÓN DE UN SIST SISTEEMA DE CONT CONTR ROL DE VELOCIDAD, SOBRE LA SITUACIÓN DE ACCIDENTES EN LA CIUDAD DE LA PAZ, POR EL EXCESO DE VELOCIDAD.............................................................. 65 3.6.1. Revisión de los datos históricos de accidentes vehiculares en el departamento de La La Paz.................................................. Paz .................................................................................... .................................. 65 iii
3.6.2. Índices de accidentes por exceso de velocidad. ................................................. 66 3.6.3. Resumen preliminar de los resultados de Encuesta Estructurada ....................... 67
CAPITULO IV FACTIBILIDAD ECONÓMICA Y SOCIAL 4.1. ANÁLISIS DE COSTOS DEL PROYECTO....................................................................... 77 4.2. COSTOS DE SOFTWARE Y HARDWARE ..................................................................... 77 4.2.1. Costos de Software............................................................................................ 77 4.2.1.1. Ecuación nominales de coste. ....................................................................... 77 4.2.1.2. Atributos de coste........................................................................................ 78 4.2.1.2.1. Atributos del producto............................................................................ 78 4.2.1.2.2. Atributos del ordenador.......................................................................... 79 4.2.1.2.3. Atributos del personal............................................................................. 79 4.2.1.2.4. Atributos del proyecto ............................................................................ 81 4.2.1.2.5. Coeficiente y Atributos nominales para coste .......................................... 82 4.2.1.2.6. Calculo de esfuerzo, tiempo y número de personas.................................. 83 4.2.2. Costos de Hardware .......................................................................................... 83 4.2.2.1. Componentes del circuito............................................................................. 83 4.2.2.2. Equipos de prueba. ...................................................................................... 84 4.2.2.3. Armado del prototipo................................................................................... 85 4.2.2.4. Costo total de Hardware (Hw). ..................................................................... 85 4.2.3. Costos Total del Proyecto (CTP).......................................................................... 85
CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1. CONCLUSIONES ...................................................................................................... 86 5.2. RECOMENDACIONES.............................................................................................. 87 ANEXOS BIBLIOBRAFIA
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INDICE DE FIGURAS FIGURA 1.1. Descripción de objeto de estudio.................................................................. 4 FIGURA 1.2. Representación del problema....................................................................... 5 FIGURA 2.1. Procesamiento de datos dentro la PCM ..................................................... 11 FIGURA 2.2. Señal de salida de la PCM........................................................................... 12 FIGURA 2.3. Las señales que entran y salen de PCM, digitales y analógicas ..................... 12 FIGURA 2.4. Sensor inductor.......................................................................................... 14 FIGURA 2.5. Simbología del Sensor Inductor .................................................................. 15 FIGURA 2.6. Sensor de aceleración de efecto Hall (abierto)............................................. 16 FIGURA 2.7. Sensor de aceleración de efecto Hall (esquema).......................................... 16 FIGURA 2.8. Simbología del Sensor Hall ......................................................................... 17 FIGURA 2.9. Cuadro de instrumentos............................................................................. 18 FIGURA 2.10. Vista delantera de un cuadro porta instrumentos de un Lancia K .............. 19 FIGURA 2.11. Vista posterior de un cuadro porta instrumentos ...................................... 19 FIGURA 2.12. Esquema eléctrico del conexionado de cuadro de instrumentos ................ 20 FIGURA 2.13. Cuadro de control opto electrónico (Lancia).............................................. 21 FIGURA 2.14. Velocímetro ............................................................................................. 22 FIGURA 2.15. Esquema del funcionamiento de un velocímetro clásico............................ 23 FIGURA 2.16. Ubicación del sensor de efecto Hall .......................................................... 23 FIGURA 2.17. Microcontroladpres PICs .......................................................................... 25 FIGURA 2.18. Descripción de los Pines - Señales de entrada y salida ............................... 28 FIGURA 2.19. Clock RC................................................................................................... 29 FIGURA 2.20. Clock a Cristal........................................................................................... 30 FIGURA 2.21. Dos circuitos de Reset Manual.................................................................. 31 FIGURA 2.22. Arquitectura Von Neumann y Harvard ...................................................... 32 FIGURA 2.23. Arquitectura simplificada del PIC 16F88 .................................................... 32 FIGURA 2.24. Válvula en el tubo de escape .................................................................... 36 FIGURA 2.25. Ejecución de los frenos de motor .............................................................. 37 FIGURA 2.26. Freno Motor con mando Neumático ......................................................... 38 FIGURA 2.27. Esquema Electroneumático automático de un freno sobre el escape ......... 39 FIGURA 2.28. Curvas características de los sistemas de freno del motor.......................... 40 FIGURA 3.1. Diagrama de bloque de los sistemas aplicables al proyecto ......................... 41 FIGURA 3.2. Diagrama de bloque en función al proyecto................................................ 41 FIGURA 3.3. Diagrama de proceso de funcionamiento del freno motor en el automóvil............................................................................................... 42 FIGURA 3.4. PIC 16F88................................................................................................... 43 FIGURA 3.5. Fuente de alimentación del circuito ........................................................... 44 FIGURA 3.6. Circuito para la entrada de pulsos............................................................... 45 FIGURA 3.7. Proceso de datos desde el Microcontrolador a la Pantalla LCD .................... 47 FIGURA 3.8. Circuito de contraste para el LCD ................................................................ 47 FIGURA 3.9. Circuito del actuador para conectar al sistema de freno motor.................... 48 FIGURA 3.10. Esquema del circuito del velocímetro........................................................ 49 FIGURA 3.11. Simulador electrónico del circuito con generador de señales en PROTEUS ISIS........................................................................................ 51 v
FIGURA 3.12. Diseño de autoruteo para dos caras en PROTEUS ARES............................. 51 FIGURA 3.13. Simulador electrónico con visualización en 3D PROTEUS ARES................... 52 FIGURA 3.14. Programa CCS C Compiler ........................................................................ 53 FIGURA 3.15. Vista del circuito armado en prototipo y su pantalla LCD........................... 56 FIGURA 3.16. Conexión del generador de pulsos, osciloscopio y fuente de alimentación regulada a 12 voltios....................................................... 57 FIGURA 3.17. Conexión compartida del generador de señal y el osciloscopio en el circuito............................................................................................ 57 FIGURA 3.18. Velocímetro con 80 Km/h con señal de activación del Actuador o relé....... 58 FIGURA 3.19. Velocímetro con 60 Km/h con señal desactivada del Actuador o relé......... 58 FIGURA 3.20. Quemado y perforado de la Placa ............................................................. 59 FIGURA 3.21. Circuito soldado en placa y su carcasa....................................................... 60 FIGURA 3.22. Circuito armado y conectado listo para su implementación ....................... 60 FIGURA 3.23. Sensor de velocidad y cable de señal......................................................... 61 FIGURA 3.24. Instalación del velocímetro en el vehículo................................................. 62 FIGURA 3.25. Velocímetro ya instalado en el vehículo en funcionamiento ...................... 62 FIGURA 3.26. Velocímetro con velocidad más de 80km/h actuador activado................... 63 FIGURA 3.27. Velocímetro con velocidad menos de 70km/h actuador desactivado ......... 63 FIGURA 3.28. Esquema de conexión del velocímetro y el sistema de freno motor ........... 64 FIGURA 3.29. Clases de accidentes identificadas por el Organismo Operativo de Tránsito Departamento de La Paz, Período (1999 – 2003)...................... 66 FIGURA 3.30. Causas de accidentes identificadas por el Organismo Operativo de Transito Departamento de La Paz, Periodo (1999 - 2003) ...................... 67 FIGURA 3.31. Pregunta Nº1 de encuesta a pasajeros ...................................................... 68 FIGURA 3.32. Pregunta Nº2 de encuesta a pasajeros ...................................................... 68 FIGURA 3.33. Pregunta Nº3 de encuesta a pasajeros ...................................................... 69 FIGURA 3.34. Pregunta Nº4 de encuesta a pasajeros ...................................................... 69 FIGURA 3.35. Pregunta Nº5 de encuesta a pasajeros ...................................................... 70 FIGURA 3.36. Pregunta Nº6 de encuesta a pasajeros ...................................................... 70 FIGURA 3.37. Pregunta Nº7 de encuesta a pasajeros ...................................................... 71 FIGURA 3.38. Pregunta Nº8 de encuesta a pasajeros ...................................................... 71 FIGURA 3.39. Pregunta Nº1 de encuesta a conductores.................................................. 72 FIGURA 3.40. Pregunta Nº2 de encuesta a conductores.................................................. 72 FIGURA 3.41Pregunta Nº3 de encuesta a conductores.................................................... 73 FIGURA 3.42. Pregunta Nº4 de encuesta a conductores.................................................. 73 FIGURA 3.43. Pregunta Nº5 de encuesta a conductores.................................................. 74 FIGURA 3.44. Pregunta Nº6 de encuesta a conductores.................................................. 74 FIGURA 3.45. Pregunta Nº7 de encuesta a conductores.................................................. 75 FIGURA 3.46. Pregunta Nº8 de encuesta a conductores.................................................. 75 FIGURA 3.47. Pregunta Nº9 de encuesta a conductores.................................................. 76 FIGURA 3.48. Pregunta Nº10 de encuesta a conductores................................................ 76 vi
INDICE DE CUADROS
CUADRO 2.1. Tipos de familias de microcontroladores................................................... 24 CUADRO 2.2. Clasificación y nomenclatura de las gamas de microcontroladores PIC. ...... 26 CUADRO 3.1. Componentes del circuito......................................................................... 51 CUADRO 3.2. Clases de accidentes identificadas por el Organismo Operativo de Tránsito Departamento de La Paz, Período (1999 – 2003)..................... 65 CUADRO 3.3. Causas de accidentes identificadas por el Organismo Operativo de Transito Departamento de La Paz, Periodo (1999 - 2003)...................... 66 CUADRO 4.1 Coeficiente COCOMO intermedio.............................................................. 78 CUADRO 4.2 Atributos COCOMO intermedio............................................................... 82 CUADRO 4.3 Lista de componentes del circuito ............................................................ 84 CUADRO 4.4 Equipos de prueba y funcionamiento ....................................................... 84 CUADRO 4.5 Armado del prototipo .............................................................................. 85
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CAPITULO I GENERALIDADES
Nunca consideres el estudio como una obligación, sino como una oportunidad para penetrar en el bello y maravilloso mundo del saber.
ALBERT EINSTEIN 1879-1955. Judío
CAPITULO I GENERALIDADES 1.1. INTRODUCCIÓN En el campo de la mecánica automotriz, un tema a destacar es el diseño del elemento eléctrico o componente electrónico para el vehículo. En la parte del diseño de un vehículo motorizado, el análisis del elemento eléctrico o electrónico, deberá traer beneficios y seguridad al ser humano. El control e instrumentación eléctrica ha hecho rápidos progresos desde
su
introducción. Así, con los primeros instrumentos a comienzos de la década de los 70, como: los velocímetros, odómetros, tacómetros, medidores de motor, computadoras de corte, control, se mejoró la eficiencia y rendimiento del motor y de todos los sistemas del vehículo. Actualmente los fabricantes de automóviles han introducido, en su sistema de control e instrumentación, microcontroladores “PICs”, denominados circuitos integrados programables, que emplean varios tipos de despliegues o pantallas electrónicas, donde los sensores, microprocesadores y procesadores de datos son comunes a todos los sistemas. Los conjuntos de instrumentos analógicos y digitales trabajan del mismo modo. Reciben señales de distintos sensores y cambian estas señales en varios tipos de información, para informar al conductor del estado de los sistemas que se supervisan. Los velocímetros clásicos, tienen un indicador analógico por aguja y este tipo de indicador, presenta una medición con poca precisión y exactitud, así como los errores que todo instrumento analítico conlleva. Una alternativa moderna para la aproximación al verdadero valor del velocímetro, con alta precisión y exactitud, que elimina casi por completo todos los errores en el
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proceso de medición del mismo, es un sistema digital con una visualización a Display o pantalla LCD. En el mercado un sistema de estas características es escaso y
de costos muy
elevados, lo que hace poco accesible a tales sistemas para gran parte de los vehículos de nuestra urbe.
1.2. ANTECEDENTES La presente Trabajo de Grado se sustenta en las investigaciones realizadas en el Departamento Ingeniería Mecánica Universidad de Zaragoza por el Grupo de Seguridad Vial y Accidentes de Tráfico de la Universidad de Zaragoza dirigido por el Dr. Juan J. Alba López. Este Grupo de Seguridad Vial y Accidentes de Tráfico (SVAT) pertenece al staff de ingenieros del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón de la Universidad de Zaragoza. El Grupo se constituye con el objetivo específico de emprender cualquier tipo de actividad que pueda contribuir a reducir el número de víctimas ocasionadas por los accidentes de tránsito y para alcanzar dicho objetivo, acomete las iniciativas nacidas en su seno y ofrece su colaboración a Empresas, Organismos, Asociaciones e Instituciones con objetivos similares, independientemente de su ámbito de actuación. Un trabajo relacionado con
el actual Proyecto de Grado corresponde a la
investigación que hace el Grupo Seguridad Vial y Accidentes de Tráfico (SVAT) sobre el Accionamiento del embrague y frenadas de emergencia . Acreencia de que las frenadas de emergencia se ven favorecidas de forma absoluta por el “freno
motor” está muy extendida, por lo que existe una creencia bastante generalizada en el sentido de que no se debe accionar el pedal de embrague mientras se frena. Para cualquier conductor con unos elementales conocimientos sobre mecánica del automóvil es intuitivo comprender cómo puede contribuir el motor al frenado del vehículo (“freno motor”). Sin embargo, comprender cómo el motor, en determinadas circunstancias de frenado puede ejercer influencia inversa sobre el frenado (tendencia a acelerar ligeramente al vehículo), ya no es tan intuitivo y, en numerosas ocasiones,
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es difícil explicar este fenómeno. Más aún, este hecho allegado a ser cuestionado por alumnos con la peculiaridad de ser conductores profesionales suficientemente experimentados. Esta observación manejó el Grupo SVAT para diseñar sensores digitales
que
alerten
y
eviten
accidentes
de
tránsito.
[(Pag.
web)
http://www.fundacioabertis.org/rcs_jor/alba_ycaraben.pdf] En Bolivia no existen investigaciones al respecto ni en las Universidades Públicas y Privadas menos en la industria, que desarrollen tecnología sobre estos equipos electrónicos como los velocímetros digitales y que fabriquen éstos a costos razonables de manera que se implementen en los vehículos y puedan detener el vehículo mediante un sistema de freno motor preservando la vida del pasajero y volviendo seguro y confiable el transporte público.
1.3. DESCRIPCION DEL OBJETO DE ESTUDIO En el departamento de La Paz, en el tramo La Paz – Caranavi – La Paz, los accidentes de tránsito son muy frecuentes, debido a la “imprudencia del conductor”, en orden de importancia le sigue, el “exceso de velocidad”, este segundo es el que menos se respeta ya que los conductores infringen velocidades superiores a los 80km/h que es lo permitido por tránsito. Cuando el conductor excede la velocidad del vehículo pierde el control en su sistema mecánico, como consecuencia se produce accidentes, lo que toda persona quiere evitar, para precautelar su integridad.
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FIGURA 1.1. Descripción de objeto de estudio
Horizonte
Fallo o Problema Efecto Accidente en Carretera
Velocidad > 80 Km/h sin capacitación Conductor (imprudente) sin garantía de Pasajeros protección de su vida
Composición
Estructura
Vehículo sin control en su sistema mecánico automotriz
Objeto de estudio Vehículo con exceso de velocidad
FUENTE: Elaboración propia
1.4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En las carreteras de Bolivia constantemente se excede la velocidad, provocando accidentes lo que causa la inseguridad del pasajero en sus viajes y causan frenados bruscos en el vehículo con alta velocidad, lo cual provoca una fricción desgastando las pastillas y calentamiento de los frenos que es muy peligroso. En Bolivia no se aplica un sistema de control electrónico para evitar exceso de velocidad en los vehículos y evite los accidentes de tránsito. Tampoco existe industria automotriz, ni industria de autopartes, menos del campo electrónico automotriz que ofrezcan velocímetros digitales a costos razonables cuya instalación en el vehículo permita el control automático de velocidad del vehículo y así disminuya el índice de accidentes por exceso de velocidad. Las estadísticas de transito establecen que existe exceso de velocidad en vehículos de transporte público en el tramo La Paz - Caranavi - La Paz generando accidentes, es
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necesario desarrollar un sistema que evite el exceso de velocidad de los vehículos para evitar accidente. Una tarea importante en este trabajo, es justamente preservar la vida humana, utilizando tecnología en beneficio de las personas, pero fundamentalmente desarrollando innovaciones tecnológicas. En ese sentido el presente trabajo de investigación pretende implementar un velocímetro digital, aprovechando circuitos ya existentes, que a su vez este active el sistema del freno motor a una determinada velocidad.
1.4.1. Identificación del Problema Exceso de velocidad en vehículos de transporte público en el tramo La PazCaranavi-La Paz.
1.4.2. Representación Gráfica del Problema FIGURA 1.2. Representación del problema
Accidentes Inseguridad del pasajero
Vehículo con Exceso de Velocidad
Desgaste de pastillas Calentamiento de disco de freno
No Existe un sistema automático de control de velocidad
FUENTE: Elaboración propia
1.4.3. Pregunta de Investigación ¿Cómo controlar el exceso de velocidad en vehículos de transporte público en viaje interprovincial para evitar accidentes?
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1.5. OBJETIVOS 1.5.1. Objetivo General Implementar un velocímetro digital, que active el freno motor para el control de exceso de velocidad de vehículos de transporte público en viaje interprovincial para evitar accidentes de tránsito.
1.5.2. Objetivos Específicos Los objetivos específicos serán los siguientes:
Analizar
los sensores de velocidad y tablero de control del vehículo
(velocímetro), para relacionar el funcionamiento del prototipo
Describir la estructura y clasificación de los Pics,
de
acuerdo a los
requerimientos establecidos, para el desarrollo del prototipo “velocímetro digital”.
Evaluar el sistema de freno motor del vehículo, para analizar como automatizar el frenado por medio del prototipo
Desarrollar la simulación del circuito “velocímetro
digital”
en software
electrónico más su adecuación en hardware para su implementación del prototipo en el vehículo.
Realizar encuesta para definir si hay aceptación para el desarrollo de un sistema de control de velocidad, sobre las estadísticas de accidentes en la ciudad de La Paz, por el exceso de velocidad.
1.6. JUSTIFICACIÓN 1.6.1. Justificación Técnica En nuestro país no existe industria automotriz, ni industria de autopartes, menos del campo electrónico automotriz que ofrezcan velocímetros digitales cuya instalación active el sistema del freno motor para que se pueda evitar excesos de velocidad y también accidentes.
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Este proyecto del velocímetro Digital es una innovación técnica en nuestro país y en la actualidad ningún transporte público en ciudad de La Paz lo tiene para la seguridad del pasajero.
1.6.2. Justificación Social Una de las tareas importantes en ingeniería, es justamente preservar la vida humana, es decir evitar accidentes, lo que mejora la vida de las personas en la sociedad. Y con este proyecto se pretende realizar un sistema de control de velocidad lo que podrá precautelar y garantizar la protección de la vida de los pasajeros cuando realizan viajes en carretera.
1.6.3. Justificación Económica El presente proyecto se lo realizara
con elementos accesibles en el mercado
haciéndolo económico para su elaboración a costos razonables que comprando uno de este tipo en el mercado internacional a costos elevados.
1.7. METODOLOGÍA Y TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN 1.7.1. Metodología. Un método es una serie de pasos sucesivos, conducen a una meta. El objetivo del profesionista es llegar a tomar las decisiones y una teoría que permita generalizar y resolver de la misma forma problemas semejantes en el futuro. Por ende es necesario que siga el método más apropiado a su problema, lo que equivale a decir que debe seguir el camino que lo conduzca a su objetivo. [Satz Tol, 2010: 3]. En relación con esto último, Taylor y Bogdan (1992) señalan que lo que define la metodología es simultáneamente tanto la manera cómo enfocamos los problemas, como la forma en que le buscamos las respuestas a los mismos. [Sandoval Casilimas, 2002: 27].
1.7.1.1. Método de Investigación Cuantitativo Se hará uso de los método de investigación cuantitativo porque se utilizará el cuestionario con enfoque cuantitativo con un listado de preguntas cerradas que 7
contienen categorías o alternativas de respuestas; las mismas, son debidamente delimitadas en concordancia con el problema, las cuales responderán los conductores como también los pasajeros que realizan viajes en el tramo La Paz - Caranavi - La Paz.
1.7.1.2. Método de Investigación Cuasi-experimental Por medio de este tipo de investigación
cuasi-experimental podemos
aproximarnos a los resultados de una investigación experimental en situaciones en las que no es posible el control y manipulación absolutos de las variables. [TAMAYO Y TAMAYO, 1999: 46]. Este método es utilizado por que se realizaran pruebas y modificaciones en el prototipo como también en el tipo de instalación al sistema de freno motor para observar cual es el comportamiento en el vehículo.
1.7.2. Técnicas. Las técnicas que se emplearán en el desarrollo del proyecto son:
1.7.2.1. Revisión Documental a) Técnica. El análisis documental es una técnica con la que se investigará y revisará toda la información concerniente a freno motor y microcontroladores para que estos se relaciones para una automatización de frenado para el posterior análisis de manera teórica y simulada para la comparación con los datos obtenidos de manera experimental.
b) Instrumento. Bibliográfica de diferentes libros o artículos como también bibliografía electrónica que son muy útiles para la investigación de este proyecto. La utilización de software también es muy importante para la simulación y el armado del prototipo.
8
1.7.2.2. Cuestionario Estructurado a)
Técnicas. En la investigación se realizara una cuesta estructurada para recoger información confiable de las diferentes personas (conductores y pasajeros) que realizan viajes en la ruta La Paz – Caranavi – La Paz. Este estudio se llevará a cabo para saber si este proyecto de grado eficaz.
b) Instrumentos. En la investigación se utilizará el cuestionario con un listado de preguntas cerradas que contienen alternativas de respuestas las mismas, son debidamente delimitadas y en concordancia con el problema.
1.8. ALCANCES Y APORTES Con el presente trabajo de investigación, circunscrito estrictamente en el ámbito de la Ingeniería Automotriz en intima interrelación con los beneficios que trae la tecnología de vehículos de transporte.
1.8.1. Alcance Espacial El presente estudio se realizará en el Departamento de La Paz, en los tramos carreteros La Paz - Caranavi - La Paz; el tema analizado será el sistema de control de velocidad en los vehículos de transporte de pasajeros en los tramos mencionados.
1.8.2. Alcance Temporal El prototipo del proyecto se realizara en un lapso de tiempo aproximadamente de seis a siete meses, tiempo en el cual realizaremos las pruebas correspondientes para un buen funcionamiento del prototipo “velocímetro digital”.
9
1.8.3. Alcance Temático Área de Investigación: Implementación de un sistema de circuito electrónico digital relacionado con la mecánica automotriz.
Tema Específico: Proyecto de Ingeniería Automotriz orientada a un dispositivo de control de velocidad
Nivel de Investigación: Estudio y Diseño Experimental-Descriptivo, con el cual tenemos el propósito de desarrollar un proyecto orientada a la seguridad para poder controlar la velocidad del vehículo, para que no exceda velocidades que se consideran peligrosas.
1.8.4. Aportes El aporte del presente trabajo es la innovación tecnológica en un sistema de control de velocidad estableciendo un rango elevado de seguridad para las personas que realizan viajes por carretera.
10
CAPITULO II MARCO TEÓRICO
Aprender sin pensar es tiempo perdido; pensar sin aprender es peligroso.
CONFUCIO 552-479 a.C. Filósofo, legislador y estadista chino.
CAPITULO II MARCO TEÓRICO 2.1. SENSORES DE VELOCIDAD Y EL TABLERO DE CONTROL DEL VEHÍCULO (VELOCIMETRO). 2.1.1. Señales de entrada y salida de los sensores de velocidad. El entendimiento de "señales análogas y digitales" ayuda a elegir el equipo de pruebas que resulte más apropiado para acercarse al problema de la forma más efectiva. Como la electrónica llegó para quedarse lo que siempre sucederá de aquí en adelante, sin importar la época ni marca de autos, es que los circuitos automotrices siempre usarán dos tipos de señales de entrada y de salida: [Booster B.; 2-15]
2.1.1.1. Entrada Proveen información sobre las condiciones de operación (interruptores, sensores).
FIGURA 2.1. Procesamiento de datos dentro la PCM (Módulos de Control del Tren Motriz) PCM
Las señales análogas son convertidas a señales digitales antes de que sean procesadas por la PCM.
Sensor Analógico
Convertidor AaD
Procesamiento de Señales Tablas de Com aración
Sensor Digital
FUENTE: Booster B., I ntr oducci ón a Señ ales El ectróni cas del M otor
11
2.1.1.2. Salida Causa que un dispositivo eléctrico o electrónico funcione (lámparas, LEDs, motores, etc.).
FIGURA 2.2. Señal de salida de la PCM Luego de procesar las señales de entrada, la PCM envía comandos de salida a varios dispositivos actuadores.
PCM
Sensor Analógico
Procesamiento de Señales Tablas de Comparación
Convertidor AaD
Actuadores Eléctricos Seguros Eléctricos de Aire Aire Compuertas de Otros
Indicadores Engine Check Engine Aguja de de Temperatura Temperatura Aguja Otros y Otros Velocímetro
Sensor Digital
Bobinas de de Encendido Encendido Bobinas Inyectores Inyectores Válvulas Válvulas Otros
FUENTE: Booster B., I ntr oducci ón a Señ ales El ectróni cas del M otor
Las señales de entrada y salida pueden ser tanto "digitales" como "análogas", dependiendo de cada aplicación. Las PCM's, (Powertrain Control Module) o Módulos de Control del Tren Motriz típicamente reciben, procesan y generan señales tanto análogas como digitales.
FIGURA 2.3. Las señales que entran y salen de un PCM, digitales y analógicas Señal Análoga
Señal Digital
t l o V
t l o V
Tiem o
Tiem o
FUENTE: Booster B., I ntr oducci ón a Señ ales El ectróni cas del M otor
12
2.1.1.3. Señales Análogas Una señal que representa a un voltaje variable constantemente durante todo el tiempo es una señal análoga.
2.1.1.4. Señales Digitales Una señal que representa solamente dos niveles de voltaje se conoce como digital. Una señal digital únicamente tiene dos estados. La señal ON es continuamente variable. Los dos únicos estados en los que puede existir una señal digital se puede representar así:
Alto/Bajo
High/Low
ON/OFF
Activado/Desactivado
1/0
En un típico circuito electrónico automotriz, una señal digital es 0 Volts o 5 volts. Ejemplo. Un interruptor es un dispositivo que genera una señal digital:
Interruptor Abierto = 0 Volts (también Low u OFF)
Interruptor Cerrado = 5 Volts (también High u ON)
2.1.2. Tipos de sensores de velocidad El sensor de velocidad informa la velocidad del vehículo, de manera a proporcional con un mejor control de ralentí y el proceso de desaceleración, proporcionando un confort más para el conductor al indicarle el mejor momento para el cambio de marcha. Los más utilizados pueden ser del tipo inductor y hall. [Booster B.; 2-15]
2.1.2.1. Sensor tipo Reluctancia Magnética o Inductora Se constituye de un cartucho hermético en cuyo interior se encuentra un núcleo polar (imán permanente) y un enrollamiento eléctrico de cobre (inductor), conforme puede verificarse a través de la figura 2.4
13
FIGURA 2.4. Sensor inductor 1
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
2
Imán permanente Cuerpo del sensor Carter del motor Espiga polar Inductor Entrehierro Rueda dentada
3
4 5 6
7
FUENTE: Zabler E., L os sensor es en el vehícul o.
Está conectado a la U.C.E. (Unidad de control electrónico) a través de los terminales envueltos por un blindaje de cobre recubierto con aluminio y revestido de poliéster, o, en modelos más sencillos por un único terminal envuelto en un blindaje de cobre. Este blindaje se ata a algún punto de masa. Este blindaje tiene la función de eliminar la posibilidad de la U.C.E. interpretar,
como
señal
de
rotación,
las
señales
de
interferencia
electromagnética presente en el medio externo, como las generadas por los cables de la bujía y el alternador. [TECNOMOTOR, 2001; 21,29].
a) Principio de Funcionamiento El principio de funcionamiento es el siguiente: el campo magnético existente en el imán relaciona tanto el inductor (enrollamiento), como los dientes de la rueda dentada, hecha en acero de carbono de propiedades magnéticas. Cuando el diente de la rueda dentada está adelante del sensor, el flujo magnético es máximo, gracias a la propiedad del acero de la rueda dentada. Por otro lado, cuando delante del sensor se presenta una cavidad, el flujo magnético en mínima. Esta variación de flujo debido al pasaje de los dientes (lleno) y cavidades (vacío) es suficiente para generar una fuerza electromotriz (f.e.m.) variable
14
(impulsos de intensidad diferentes en cada instante de tiempo) en el enrollamiento del sensor. La tención del pico (punto máximo) producida por este sensor varia de pocos voltios en un bajo número de giros, a algunas decenas de voltios en alto número de giros. [TECNOMOTOR, 2001; 21,29]
b) Simbología eléctrica FIGURA 2.5. Simbología del Sensor Inductor
Señal Positivo Negativo
FUENTE: TECNOMOTOR, Inyección Electrónica.
2.1.2.2. Sensor Efecto Hall Los vehículos equipados con el sistema antibloqueo ABS, la regulación de resbalamiento al acelerar ASR, una atracción integral o con el programa electrónico de estabilidad ESP disponen además de los sensores de velocidad de giro de las ruedas, de un sensor de aceleración de efecto Hall para la medición de las aceleraciones longitudinales y transversal del vehículo (referido al sentido de marcha, según la posición de montaje).
a) Estructura El sensor de aceleración de efecto Hall utiliza un sistema de masa-resorte de fijación “clásica” (figura 2.6 y 2.7). Está constituido por un resorte en forma de cinta puesta en campo (3), fijado por uno de sus extremos. En el extremo libre opuesto está colocado un imán permanente (2) en función de masa sísmica. Sobre el imán permanente se encuentra el verdadero sensor hall (1) con la electrónica de evaluación. Debajo del imán hay colocada una placa de amortiguación (4) de cobre.
15
FIGURA 2.6. Sensor de aceleración de efecto Hall (abierto)
a. b. 1. 2. 3.
Electrónica Sistema masa-resorte Sensor de efecto Hall Imán permanente Resorte
1
3
a
2
b
FUENTE: Zabler E., L os sensor es en el vehícul o.
FIGURA 2.7. Sensor de aceleración de efecto Hall (esquema) 1. 2. 3. 4.
Sensor de efecto Hall Imán permanente Resorte Placa de amortiguación Iw. Corriente de Foucault (Amortiguación) U H. Tención Hall U A . Tención de alimentación F . Flujo magnético a. Aceleración registrada
1
3
2
4
FUENTE: Zabler E., L os sensor es en el vehícul o.
b) Funcionamiento Al estar sujeto el sensor a una aceleración transversal al resorte, la posición de reposo del sistema masa-resorte cambia. Su desplazamiento es un parámetro específico de la aceleración. El flujo magnético
F
ocasionado por el
movimiento del imán genera una tención Hall U H en el sensor de efecto Hall. La tención de salida
U A resultante
de ello y procedente de la electrónica de
evaluación aumenta linealmente con la aceleración. [Zabler E., 2002; 72]
16
c) Simbología eléctrica FIGURA 2.8. Simbología del Sensor Hall
Señal Positivo Negativo
FUENTE: TECNOMOTOR, Inyección Electrónica.
2.1.3. Instrumentos de seguridad del vehículo (velocímetro). 2.1.3.1. Cuadro Porta Instrumentos El cuadro de instrumentos o cuadro de porta instrumentos está ubicado sobre el tablero de abordo, en una posición estudiada con criterio ergonómico que facilitan la visualización e interpretación de los datos, fatigando lo menos posible al conductor. [Serrano Minchán E., 2007; 164]. La misión del cuadro de instrumentos es la de facilitar información el estado de operatividad del vehículo: velocidad, número de revoluciones del motor, temperatura nivel de líquido de depósito de combustible, etc. En los cuadro de instrumentos se integran dos tipos de instrumentos indicadores;
Relojes, Tales como el velocímetro, cuentarrevoluciones, etc.
Testigos de advertencia, los cuales envían señales de advertencia, empleando señales ópticas del estado de los principales circuitos del vehículo:
17
Temperatura del motor.
Indicador del freno de estacionamiento.
Circuito de carga.
Luces largas.
Presión de aceite motor, etc.
FIGURA 2.9. Cuadro de instrumentos
FUENTE: Zabler E., (2002) L os sensor es en el vehícul o
Los vehículos modernos incorporan una pantalla o centro de información, que bien puede ir centrada sobre el cuadro de instrumentos o en una consola adyacente al tablero. Sobre esta pantalla de cristal líquido (LCD) se muestra toda la información de la computadora de a bordo o Check-Control. Las figuras siguientes muestran respectivamente un cuatro de instrumentos electrónico con relojes indicadores analógicos. [Serrano Minchán E., 2007; 164].
18
FIGURA 2.10. Vista delantera de un cuadro porta instrumentos de un Lancia K
1. Indicador de temperatura de agua del motor 2. Velocímetro electrónico 3. Pantalla odómetro LCD 4. Indicador de nivel de combustible 5. Tacómetro electrónico 6. Voltímetro 7. Indicador óptico libre 8. Precalentado del motor 9. Tecla falsa 10. Indicador óptico de avería Air Bag 11. Indicador óptico de instalación ASR 12. Indicador óptico de avería ABS 13. Indicador óptico de nivel de líquido de frenos 14. Indicador óptico de freno de estacionamiento 15. Indicador óptico de presión de aceite de motor 16. Indicador óptico de la batería 17. Indicador óptico de cinturón de seguridad
18. Indicador óptico de luces de dirección derecho 19. Pantalla óptico para vehículos con cambio automático 20. Indicador óptico de luces de dirección izquierdo 21. Indicador óptico de resumen check 22. Indicador óptico de luces de carretera 23. Indicador óptico de luces de cruce 24. Indicador óptico de luces de posición 25. Indicador óptico de luces de retro niebla 26. Indicador óptico de faros antiniebla 27. Indicador óptico de luneta térmica 28. Indicador óptico de asiento calentado derecho 29. Indicador óptico de asiento calentado izquierdo 30. Indicador óptico de luces de dirección del remolque 31. Tecla puesta a cero del cuentakilómetros parcial
FUENTE: Serrano Minchán E., Ci r cui tos elé ctri cos auxi li ares del vehícul o.
FIGURA 2.11. Vista posterior de un cuadro porta instrumentos A. Conector de 20 pin color Blanco (para indicadores ópticos) B. Conector de 20 pin color negro (cambio automático) C. Conector de 20 pin color azul oscuro (alojamiento motor) D. Conector de 20 pin color negro (servicios varios)
FUENTE: Serrano Minchán E., Ci r cui tos elé ctri cos auxi li ares del vehícul o.
19
FIGURA 2.12. Esquema eléctrico del conexionado de cuadro de instrumentos.
C
D R S A
B 3 2 1 D M R P
A FUENTE: Serrano Minchán E., Ci r cui tos elé ctri cos auxi li ares del vehícul o.
20
2.1.3.2. Cuadro de control optoelectrónica o Digital Son cuadros de control con tecnología digital, en los cuales las señales ópticas están generadas por instrumentos de cristal líquido, (ver figura 2.13). [Serrano Minchán E., 2007; 168].
FIGURA 2.13. Cuadro de control opto electrónico (Lancia)
FUENTE: Serrano Minchán E., Cir cui tos elé ctr icos aux il iar es del vehícul o.
21
Al conectar la llave, el cuadro realiza un auto test de funcionamiento, para la verificación visual de usuario. Enciende a la vez todos los segmentos analógicos y digitales, durante unos tres segundos, y sucesivamente se van apagando los segmentos y se pasa a la indicación de las funciones verificadas. [Serrano Minchán E., 2007; 168].
2.1.3.3. Velocímetro El velocímetro es dispositivo para medir la velocidad de un vehículo, se encuentra en el centro del cuadro de instrumentos. Es uno de los indicadores más importantes del cuadro, ya que informa al conductor de la velocidad a la que el vehículo se desplaza. [Serrano Minchán E., 2007; 170].
FIGURA 2.14. Velocímetro
FUENTE: Serrano Minchán E., Ci r cui tos elé ctr icos aux il iar es del vehícul o
Un velocímetro clásico está formado por un imán permanente que gira movido por el propio giro de arrastre, el cual recibe el movimiento a través del árbol flexible procedente de la caja de cambios o el diferencial. Rodeando el imán se encuentra una especie de campana de aluminio, que puede girar sobre el eje del instrumento; este giro está limitado por la acción de un muelle en espiral que tiende a mantenerla en reposo; unida a la campana de aluminio se encuentra la aguja indicadora. El conjunto se completa con una pieza exterior cilíndrica fija de hierro dulce, que tiene como misión dirigir las líneas de fuerza que giran con el imán, (figura 2.15). Al girar el imán gira a su vez la campana de aluminio que al estar unida la aguja provoca el desplazamiento de la misma, a este desplazamiento se opone la acción
22
de un muelle que trata de situar a la aguja en posición de reposo. A mayor velocidad del vehículo, mayor desplazamiento de la aguja.
FIGURA 2.15. Esquema del funcionamiento de un velocímetro clásico
Km/h Campana de aluminio
Imán permanente
Hierro dulce Arrastre Árbol de arrastre FUENTE: Serrano Minchán E., Ci r cuit os elé ctri cos auxi li ar es del vehícul o.
En los vehículos actuales el velocímetro dispone de un sensor de velocidad de efecto Hall, colocado a la salida del cigüeñal o en la caja de cambios (figura 2.16). [Serrano Minchán E., 2007; 171]. El sensor transmite a la centralita una señal cuya frecuencia varía en función de la velocidad del vehículo. La centralita utiliza esta información para accionar el reloj del tablero de instrumentos que indicara la velocidad en km/h. El velocímetro lleva incorporado dos cuentakilómetros; uno suma todos los kilómetros recorridos por el vehículo, y el otro es un cuentakilómetros parcial que se puede poner a cero siempre que el conductor lo decida.
FIGURA 2.16. Ubicación del sensor de efecto Hall
FUENTE: Serrano Minchán E., Ci r cui tos elé ctr icos auxi li ares del vehícul o.
23
2.2. ESTRUCTURA Y CLASIFICACIÓN DE LOS PICS, DE ACUERDO A LOS REQUERIMIENTOS ESTABLECIDOS Un microcontrolador es un dispositivo electrónico encapsulado en un circuito de alto nivel. Los microcontroladores se pueden adquirir y clasificar de diferentes fabricantes de microcontroladores (cuadro 2.1)
Empresa
CUADRO 2.1. Tipos de familia de microcontroladores 8 bits 16 bits
Atmel
AVR (mega y tiny),89Sxxxx familia similar 8051
Freescale (antes Motorola)
68HC05, 68HC08, 68HC11, HCS08
Holtek
HT8
Intel
MCS-48 (familia 8048) MCS51 (familia 8051) 8xC251
National Semiconductor
32 bits SAM7 (ARM7TDMI), SAM3 (ARM Cortex-M3), SAM9 (ARM926)
68HC12, 68HCS12, 68HCSX12, 68HC16
MCS96, MXS296
x
COP8
x
x
Microchip
Familia 10f2xx Familia 12Cxx Familia 12Fxx, 16Cxx y 16Fxx 18Cxx y 18Fxx
PIC24F, PIC24H y dsPIC30FXX,dsPIC33F con motor dsp integrado
PIC32
NXP Semiconductors (antes Philips)
80C51
XA
Cortex-M3, Cortex-M0, ARM7, ARM9
Renesas (antes Hitachi, Mitsubishi y NEC)
78K,H8
H8S,78K0R,R8C,R32C/M32C/ M16C
RX,V850,SuperH,SHMobile,H8SX
STMicroelectronics
ST 62,ST 7
Texas Instruments
TMS370, MSP430
Zilog
Z8, Z86E02
683xx, PowerPC, ColdFire
C2000, Cortex-M3 (ARM), TMS570 (ARM)
FUENTE: http://es.wikipedia.org/wiki
Dentro de toda esta gama de microcontroladores se destacan dos familias de microcontroladores: la familia AVR y la familia PIC, cuya popularidad es alta entre diseñadores de sistemas que requieren un rendimiento alto y bajo costo, y eligen uno u otro ya sea por su nivel de integración, por su arquitectura, la disponibilidad de recursos o su lenguaje de programación, pero la familia PIC
24
cuenta con una completa hoja de datos que puede ser descargada de la página oficial de Microchip: (http://www.microchip.com), al contrario la información que hay sobre Atmel es bien escasa. [UTEC, (2009)] En función de la necesidad del proyecto el desarrollador debe escoger la familia y la referencia que más se acerque a su necesidad, por ejemplo el microcontrolador 12F675 es un PIC de 8 pines, un microcontrolador como el 16F877 cuenta con 40 pines y el 16F88 con 18 pines entre otros. Fácilmente se pueden apreciar diferencias que permiten crear aplicaciones diferentes entre estos dos ejemplos.
FIGURA 2.17. Microcontrladores de PICs
F UE NT E: www.conexi ónelectronoca.com
2.2.1. Familia de Microcontroladores de PICs Los microcontroladores PIC se clasifican en cuatro gamas que se diferencian en un número de bits de sus instrucciones. La gama baja posee instrucciones de 12 bits, la gama media de 14 bits y la gama alta y mejorada de 16 bits. Cada una de las gamas se puede dividir a su vez en varios grupos de microcontroladores que poseen características comunes (similar número de entrada/salida, tamaño de la memoria de datos y de programa, etc.). [Mandado Pérez E., 2007; 48]. En el Cuadro 2.2 se presenta en la clasificación de los microcontroladores PIC en gamas. En dicha tabla se indica el número de instrucciones de su repertorio y el número de terminales del encapsulado.
25
CUADRO 2.2. Clasificación y nomenclatura de las gamas de microcontroladores PIC. Gama (Longitud palabra) Baja 12 bits
Media 14 bits
Alta 16 bits
Referencia PIC 12C508, 9 PIC 12CE518, 9 PIC 16C505 PIC 16C54, 6, 8 PIC 16C55, 7 PIC 12C671, 2 PIC 12CE673, 4 PIC 12F675 PIC 12F629 PIC 16C620, 1, 2 PIC 16CE623, 4, 5 PIC 16F627, 8 PIC 16F84 PIC 16C710, 1, 2, 5,6 PIC 16F818, 9 PIC 16F87
PIC 16F88
Numero de Instrucciones
33 -35
33 - 35
PIC 16C433 PIC 16C717 PIC 16C432 PIC 16C770, 1 PIC 16C642 PIC 16C62, 3, 6 PIC 16C72, 3, 6 PIC 16F73, 6 PIC 16F870, 2, 3, 6 PIC 16C773 PIC 16C745 PIC 16C662 PIC 16F74, 7 PIC 16C923, 4, 5, 6 PIC 17C42, 3, 4 58
PIC 17C752, 6 PIC 17C762, 6
Numero de Terminales 8 8 14 18 28 8 8 8 8 18 18 18 18 18 18 18
18 18 18 20 20 28 28 28 28 28 28 28 40 40/44 60/68 40/44 64/68 80/84
F UE NT E: M andado Pé rez E., M icr ocontr oladores PI C: sistema integrado para el autoaprendizaje
Por otra parte, Microchip también clasifica los microcontroladores que producen según alguna función específica de sus periféricos.
2.2.1.1. Gama Baja La gama baja está formada por un conjunto de microcontroladores PIC que poseen 8, 14, 18 y 28 terminales. Su tensión de alimentación está comprendida entre 2 y 6,25 voltios y tiene un consumo energético reducido, lo que los hace
26
idóneos para ser utilizados en aplicaciones en las que se alimentan mediante baterías. Tienen un juego de 33 instrucciones por bits. Su recurso hardware es limitado pero tienen una buena relación corte/prestaciones. No admiten el acoplamiento de periféricos por interrupción y la memoria pila solo dispone de dos posiciones, por lo que en sus programas no se pueden anidar más de dos subrutinas. Poseen además un modo de estado de funcionamiento de bajo consumo, que se inicia al ejecutarse la instrucción SLEEP, un circuito de protección de lectura del programa y terminales de entrada/salida capaces de controlar directamente determinados periféricos. [Mandado Pérez E., 2007; 51].
2.2.1.2. Gama Media La gama media es la más variada y completa de la familia de microcontroladores PIC. El número de terminales de sus elementos está comprendido entre 8 y 68 terminales,
poseen
numerosos
periféricos
internos
como
por
ejemplo
comparadores, convertidores analógicos/digitales, puertos serie y diversos temporizadores. Su juego de funciones es compatible con el de la gama baja y está formado por 35 instrucciones de bits. A diferencia de los de la gama baja admiten interrupciones y poseen una memoria pila de ocho posiciones que permite el anidamiento de otras tantas subrutinas. En esta gama se influye el popular microcontrolador PIC16F88, que posee memoria de programa de tipo FLASH. [Mandado Pérez E., 2007; 51].
2.2.1.3. Gama Alta Los microcontroladores PIC de la gama alta poseen 58 instrucciones de 16 bits y disponen de un sistema de gestión de interrupciones avanzado. También incluyen diversos circuitos controladores periféricos, puerto de comunicación serie y paralelo, un multiplicador hardware de gran velocidad y tienen una elevada
27
capacidad de memoria que alcanza los 32 Koctetos en la memoria de instrucciones y los 902 octetos en la de datos. La característica principal de los elementos de esta gama es una expansibilidad o capacidad de ampliación, ya que poseen un número de terminales comprendido entre 40 y 84, a través de los cuales se conectan al exterior las líneas de los buses de datos y direcciones, y las señales de control. [ Mandado Pérez E., 2007; 52].
2.2.2. Microcontrolador 16F88 2.2.2.1. Pines del microcontrolador 16F88 Un microcontrolador como cualquier circuito integrado tiene entradas, salidas y algunos componentes exteriores necesarios para procesar las señales de entrada y convertirlas en las señales de salida (figura 2.18). El 16F88 requiere una tensión de fuente VDD (pin 5) de 5V aplicada con respecto al terminal de masa VSS (pin 14). Posee dos puertos de salida, el A y el B, cuyos terminales son marcados RA0 al RA4 y RB0 al RB7. Estos puertos pueden ser programados como de entrada o de salida. El terminal 4 opera como reset pero también cumple funciones de carga de memoria de programa cuando es excitado con pulsos de 15V. El terminal RA4 (pin 3) también tiene funciones como entrada de un temporizador y RBO (pin 6) cumple también funciones como entrada de interrupción. [Vallejo, H., 2002; 2].
FIGURA 2.18. Descripción de los Pines- Señales de entrada y salida RA2/AN2/CVREF/VREF-
1
18
RA1 AN1
RA3/AN3/VREF+/C1OUT
2
17
RA0/AN0
RA4/AN4/T0CKI/C1OUT ____
3
16
RA7 OSC1 CLK1
RA5/MCLR/VPP
VSS RB0/INT/CCP1
4 8 815 F 5 6 114 C 6 I 13 P
RA6 OSC2 CLK0
VDD RB7 AN6 PGD T1OSI
RB1/SDI/SDA
7
12
RB6/AN5/PGC/TOSO/T1CKI
RB2/SDO/RX/DT
8
11
RB5 SS TX CK
9
10
RB4/SCK/SCL
RB3/PGM/CCP1
_
FU ENT E: M I CROCHI P M icrocontroladores con Tecnologí a nano Watt PI C16F87/88
28
Observe primero los bloques externos. Existe un cristal que se conecta en OSC1 (pin 16) y OSC2 (pin 15) para generar el CLOCK del sistema. Luego una señal de entrada llamada MCLR (pin 4) negada, que es un nombre de fantasía para nuestro conocido RESET (debido a que este pin tiene un doble uso) y, por último, dos puertos paralelos de I/O (entrada o salida) llamados puerto A y puerto B. Una de los pines del puerto A puede ser utilizada como entrada de interrupciones (esta pata especial hace que el microprocesador deje de realizar la tarea que estaba ejecutando y pase a realizar otra tarea alternativa; cuando la termina vuelve a su programa original). [Vallejo, H., 2002; 2].
2.2.2.2. Circuito de Reloj Los PIC poseen un oscilador configurable por programa de características muy amplias. Cuando no se requiere mucha precisión se puede trabajar con un oscilador a R EXT y CEXT conectado según la figura 2.19. [Vallejo, H., 2002; 5].
FIGURA 2.19. Clock RC
VDD REXT
OSC1
Internal Clock
CEXT
PIC16F88
VSS FOSC 4
OSC2/CLKO
Valores recomendados: 3kΩ≤REXT≤100kΩ
CEXT > 20 F FU ENT E: M I CROCHI P M icrocontroladores con T ecnologí a nano Watt PIC16F87/88
Para circuitos que requieran una gran precisión se puede trabajar con un cristal de frecuencia baja, mediano alta (figura 2.20).Como máximo el PIC16F88 puede trabajar con un cristal de10MHz. Internamente la frecuencia del cristal se divide por 4, por lo tanto, es muy común la utilización de un cristal de 4MHz para obtener un CLOCK interno de 1MHz que garantiza que cada instrucción dure
29
exactamente 1mS. Para temporizadores de período largo se utilizan cristales de baja frecuencia.
FIGURA 2.20. Clock a Cristal
OSC1
PIC16F88
C1 R F(3)
XTAL
C2(1)
R S (2)
SLEEP
OSC2 ToInternal Logic
Valores Condensador Típicos Usados: Mode
XT HS
Freq 455 kHz 2.0 MHz 4.0 MHz 8.0 MHz 16.0MHz
OSC1 56 pF 46 pF 33 pF 27 pF 22 pF
OSC2 56 pF 46 pF 33 pF 27 pF 22 pF
FU ENT E: M I CROCHI P M icrocontroladores con Tecnologí a nano Watt PIC16F87/88
2.2.2.3. Circuito de Reset El PIC “se resetea” cuando el pin 4 (MCLR negada) se pone a potencial bajo. Para simplificar el circuito de reset el PIC posee un temporizador interno que permite realizar un reset automático cuando se aplica tensión de 5V. En estos casos el circuito externo de reset sólo implica el uso de un resistor de 10k entre el pin 4 y fuente tal. En muchos circuitos es necesario realizar un reset manual y para ello existen dos posibilidades, una es utilizar sólo el temporizador interno (por programa) y la otra es agregar una constante de tiempo exterior como se muestra en la figura 2.21 En el segundo circuito C1 provee un retardo al encendido o posterior al pulsado de reset porque C1 se cargará lentamente a través de R1 con una constante de tiempo de 22k. x 10µF =220mS. [Vallejo, H., 2002; 6].
30
FIGURA 2.21. Dos circuitos de Reset Manual
+5V R1 10K
+5V
R2
_____ MCLR
100 RESET
R1 22K R3
D1 1N4148 R2
100
1K
_____ MCLR
C1 10µF
RESET
FUENTE: Vallejo, H., Cur so de PI Cs par a Estudiantes y Afi cionados.
El resistor R3 limita la corriente descarga de C1 a valores compatibles con sus características de corriente de pico máxima D1 descarga a C1 cuando la tensión de fuente decapara permitir un reset inmediato cuando la fuente se apaga y se enciende en rápida sucesión, R2 limita la corriente de reset, tomada desde el microprocesador. Este segundo sistema se suele utilizar cuando se requiere un reseteado remoto a través de varios metros de cable que podrían captar zumbido (C1 reduce la impedancia del circuito de reset). [Vallejo, H., 2002; 6].
2.2.2.4. Arquitectura Interna del Pic 16F88 Existen dos tipos de arquitecturas la arquitectura de Von Neumann y la Harvard en relación entre estas dos la Von Neumann usa menos líneas que la arquitectura de Harvard, con una unión mucho más simple entre CPU y memoria. Sin embargo, no permite el manejo simultáneo de datos e instrucciones porque hay sólo un bús. Por otra parte, la arquitectura de Harvard permite el manejo de datos e instrucciones simultáneamente porque esto tiene buses diferentes. La arquitectura de Harvard usa memorias diferentes para almacenar instrucciones y datos. La memoria de programa tiene su propio bus de direcciones (bus de direcciones de instrucción), su propio autobús de datos (más correctamente llamó un bús de instrucción), y su propio bus de control. La memoria de datos tiene su propio bus de direcciones, bús
31
de datos, y bus de control independiente de los buses de instrucción. [Valdés Pérez, F.- Pallas Areny, R., 2009; 9].
FIGURA 2.22. Arquitectura Von Neumann y Harvard Arquitectura Von Neumann Memoria única de Instrucciones y Datos
9 bits Bus común de Direcciones
CPU
8 bits Bus de Datos e Instrucciones
Arquitectura Harvard Memoria de Instrucciones
11 bits Bus de dirección
9 bits Bus de dirección
CPU 14 bits Bus de Instrucciones
Memoria de Datos
8 bits Bus de Datos
FUENTE: Angulo Usateui J., Romero Yesa S. y Angulo Martínez I., M icrocontroladores PI C Di señ o pract ico de apli cacion es
El PIC 16F88 utiliza la arquitectura Harvard, y este se puede simplificar como se muestra en la figura 2.23
FIGURA 2.23. Arquitectura simplificada del PIC 16F88
LÓGICA DE CONTROL
MEMORIA DE PROGRAMA
ALU
MEMORIA DE DATOS PUERTOS
A
B
FUENTE: Vallejo, H., Curso de PICs para Estudiantes y Af ici onados.
A los fines prácticos nos vamos a referir a los microcontroladores como bloques que poseen una memoria de programa que es el lugar donde deben alojarse los datos que le indiquen al chip qué es lo que debe hacer; una memoria de datos donde ingresen las señales que debe procesar el programa, una unidad aritmética y lógica donde se desarrollen todas las tareas, una unidad de control que se encargue
32
de supervisar todos los procesos y puertos de entrada y salida para que el PIC tenga contacto con el exterior (figura 2.23). [Vallejo, H., 2002; 1].
2.2.2.5. Programas Cargadores de PICs Para introducir los programas y datos en un sistema microprogramable, necesitamos de un método que sea comprensible tanto para el usuario como para el sistema. Sin embargo, no existe un lenguaje que sea igualmente comprensible para el usuario como para el sistema. Mientras que el primero utiliza un lenguaje complejo, el sistema únicamente opera en lenguaje binario. Este lenguaje binario que utiliza la máquina es muy complejo de entender y por tanto, de programar. Por esta razón se clasifican los lenguajes en niveles según estén más o menos cercanos al lenguaje de la máquina en; Lenguaje de bajo nivel o
código
máquina
y
Lenguaje
de
alto
nivel.
[(Pag.
web)
http://perso.wanadoo.es/pictob.htm].
a) Lenguaje de Bajo Nivel o Código Máquina Es difícilmente entendible para el usuario, porque es el que ejecuta directamente la CPU. Este lenguaje está formado por palabras binarias, cuya longitud depende del sistema empleado, por ejemplo, una CPU de 8 bits utilizara palabras formadas por 8 bits. Aunque la máquina solo entiende códigos binarios (ceros y unos), este tipo de lenguaje se puede programar en hexadecimal, que es más manejable y su conversión al formato binario es directa tal y como lo hace el ensamblador MPLAB de microchip. Este formato binario, denominado lenguaje o código máquina, puesto que es el que realmente entiende el sistema, es el que debe estar en la memoria de programa para que pueda funcionar. Se comprende, no obstante, que escribir un programa, que puede constar de cientos, miles o millones de instrucciones, a este nivel, seria extraordinariamente penoso, sujeto a errores y muy difícil de interpretar por una persona, una vez escrito. Sin embargo, la velocidad con que se ejecuta es muy elevada, ya que las instrucciones son
33
ejecutadas
directamente
por
la
máquina.
[(Pag.
web)
http://perso.wanadoo.es/pictob.htm].
b) Lenguajes de Alto Nivel Es el lenguaje más cercano al usuario y por tanto, el más evolucionado, ya que no se basa en la arquitectura de la máquina. El nombre de las instrucciones y sentencias se corresponde con el nombre en inglés de la tarea que realizan, dependiendo ahora el repertorio de instrucciones no de la CPU, sino del paquete software con el que trabaja o del sistema operativo. Algunos ejemplos de lenguajes de alto nivel son; BASIC, C y JAVA. Los lenguajes de alto nivel son muy parecidos al lenguaje del usuario pero muy distinto del que comprende la máquina. Por tanto, para ejecutarse debe ser convertido y la conversión suele introducir bastante más código que si el programa se escribiese directamente en ensamblador por lo que su ejecución es más lenta. El inconveniente de este tipo de lenguaje es que no podemos meternos en lo más profundo de la máquina. Sin embargo se puede escribir la mayor parte de un programa en un lenguaje de alto nivel, y luego añadir subrutinas realizadas en lenguaje máquina. [(Pag. web) http://perso.wanadoo.es/pictob.htm].
c) Programas Cargadores de PICs Para que un PIC funcione como nosotros queremos es preciso “cargarle” un programa en la “memoria de programa”, por medio de un programador de micro controladores PIC, Existen en internet una gran cantidad de modelos de programadores para micro controladores PIC, de muy bajo costo y fácil construcción. El programa debe estar en un lenguaje comprensible por el chip o sea un lenguaje de máquina en código binario aunque en realidad al PIC debemos introducirle un programa en código hexadecimal e internamente lo convierte a binario para realizar su interpretación. El programa que debemos cargarle al PIC en código hexadecimal tiene que tener la terminación “hex”.[Vallejo, H., 2002; 6].
34
2.3. SISTEMA DE FRENO MOTOR DEL VEHÍCULO 2.3.1. Sistema Auxiliar de Freno 2.3.1.1. Freno Motor en el Escape Todos los sistemas de frenos de vehículos tanto de pasajeros como comerciales deben ser capaces o estar equipados para realizar tres funciones. 1. Detener el movimiento por completo. 2. Reducir la velocidad. 3. Mantener detenido el vehículo. Algunos vehículos por su uso requieren un sistema adicional a su sistema principal de frenos que le ayude a cumplir el planteamiento Nro. 2. Tal es el caso de camiones de carga que deben bajar con frecuencia cuestas de gran pendiente o pendientes reducidas pero de largo trayecto. Existen diversos tipos de freno de motor, uno de los más comunes consiste en una válvula (mariposa) instalada en el sistema de escape que estrangula o restringe el paso de los gases de escape. Ya sea por un pedal o mediante un interruptor, el conductor lo acciona y se impide la salida de los gases del motor acumulando presión que finalmente dificulta el desplazamiento de los pistones reduciendo la velocidad del motor y la velocidad del vehículo.
2.3.1.2. Funcionamiento del Freno Motor Limita la salida de los gases de escape no dejándolos salir en su totalidad, frenando el desplazamiento de los pistones y, en consecuencia, del vehículo. Esto significa que cuando el motor es arrancado por la inercia del vehículo, siendo nulo el carburante inyectado al no tener pisado el pedal de acelerador, ofrece una resistencia interna debida a los rozamientos y a la depresión durante el tiempo de admisión; el trabajo absorbido durante la compresión es restituido en gran parte durante el tiempo de expansión, aunque no se produzca combustión alguna, y el absorbido por el tiempo de escape es mínimo. Esta resistencia interna depende
35
del tipo de motor y de la velocidad de giro, la cual es función de la desmultiplicación de la transmisión y de la velocidad del vehículo. [Atrasa; 46] Para aumentar la eficacia del uso del motor como freno, es necesario aumentar la relación entre las revoluciones del motor y las de las ruedas, manteniendo el motor a las máximas revoluciones admisibles. Esta condición pueda ser satisfecha cuando se circula por una pendiente empleando la relación de desmultiplicación que debería emplearse para subirla. [Atrasa; 46] Algunos vehículos disponen de una válvula de escape, específica para el freno motor, que se abre en el tiempo de expansión permitiendo que el aire, que se comprime pero que no se quema ya que el sistema de inyección no aporta nada de carburante, salga hacia el tubo de escape sin empujar al pistón en su carrera descendiente. La utilización de dicha relación de desmultiplicación en la caja de velocidades puede evitar la acción de los frenos de fricción cuando el motor es suficientemente potente y la caja de velocidades tiene un suficiente número de velocidades. [Atrasa; 46]
FIGURA 2.24. Válvula en el tubo de escape
FUENTE: Etrasa, Cert if icado de Aptit ud Prof esional - M ateri as Comunes.
2.3.2. Estructura del sistema del Freno Motor El freno motor emplea el motor del vehículo como compresor. La fuerza que emplea para mover el motor, actuando como compresor, se convierte en fuerza de
36
frenado. Es decir, el motor absorbe la energía cinética del vehículo. [Ferrer Ruiz J., 2008; 306]
FIGURA 2.25. Ejecución de los frenos de motor
Frenos por presión dinámica:
La mariposa de escape retrecha la sección del tubo de escape. Efecto de frenado en el ciclo de expulsión.
Frenos de descompresión:
Válvula adicional (estrangulador constante) en la culata. Efecto de frenado en el ciclo descompresión.
Turbo freno:
Una mayor presión de sobrealimentación genera un mayor caudal de aire y, con ello, una mayor potencia de frenado. Efecto de frenado muy superior al de los sistemas con mariposa de escape o estrangulador constante.
FUENTE: Ferrer Ruiz J., Sistemas de tr ansmisión y fr enado .
37
2.3.3. Freno Motor con Mando Neumática y Mando Electro neumático 2.3.3.1. Mando automático de un Freno con Válvula Neumática El freno motor se acciona con una válvula de pie neumática o eléctrica que activa el cilindro de accionamiento de la válvula de mariposa del colector de escape. El sistema corta la alimentación del motor cuando se acciona el freno motor. La válvula de mariposa del colector de escape cierra la salida de los gases y provoca la contra presión en el colector y en los pistones de 2 a 5 bar, lo cual frena el desplazamiento de los pistones y, en consecuencia, el giro del motor. [Ferrer Ruiz J., 2008; 306]
FIGURA 2.26. Freno Motor con mando neumático
Calderin de aire de servicios auxiliares
Mando neumático
Colector de escape Tornillo tope de regulación de mariposa
Cilindro de corte de inyección Cilindro de mando de mariposa
FUENTE: Ferrer Ruiz J., Sistemas de tr ansmisión y fr enado
2.3.3.2. Mando automático de un freno con función Electro neumático En la figura 2.27, está representado en el esquema electro neumático de un mando automático de freno motor, montado sobre un vehículo industrial.
38
FIGURA 2.27. Esquema electroneumático automático de un freno sobre el escape 1 16
2
15 14
6
13 12
3 7
11 10
4 5 9
8
1. Conducto de escape. 2. Válvula de mariposa del freno motor. 3. Pedal del mando de frenos. 4. Interruptor del mando de freno motor. 5. Cable del conmutador. 6. Interruptor para mando electromagnético. 7. Cilindro neumático para mando de la mariposa freno. 8 .Cable de la batería.
9. Tubería del del depósito depósito de aire comprimid comprimido. o. 10. Válvula de mando de cilindro neumático. 11. Electroimán del mando de palanca del motor. 12. Palanca en posición de parada del motor. 13. Palanca en posición del motor al mínimo. 14. Palanca en posición del motor al máximo. 15. Dispositivo para bajo régimen. 16. Bomba de inyección.
FUENTE: Font atado sobre sobre automóviles automóviles , Font Mezquita J., Dols Ruiz J., Tr atado
Los reta retard rdad ador ores es pued pueden en util utiliz izar arse se entr entree el moto motorr y la caja caja de camb cambio ioss (retardadores primarios) o entre la caja de cambios y el eje motor (retardador secundario) secundario).. [ Font Mezquita J., Dols Ruiz J., Dols Ruiz J., 2004; 811-812]
2.3.3.3. Potencia de Freno Motor La potencia de freno motor está compuesta por la fuerza de arrastre y la de frena frenado do (pro (provoc vocada ada por el estr estrang angul ulam amie ient nto o de la corr corrie ient ntee de los los gase gasess de escapeen el ciclo de expulsión). La potencia de arrastre de motores de serie está, en la cilindrada máximo entre
contrari rio o los motores motores de serie serie 5 y 7 kW/l . Al contra
alcan alcanzan zan con el fren freno o moto motorr conve convenc ncio ional nal (“fre (“freno no con válv válvula ulass de tubo tubo de escape” escape”)) potenci potencias as de frenad frenado o entre entre 14
y 20 kW/l . Un mayor aumento de la
potencia de freno motor solo sería posible con complejas modificaciones
39
constructivas adicionales. El freno motor (Por ejemplo, “C-Brake”, “Jake Brake”, “Dynat “Dynatard” ard”,, etc.) etc.) puede puede mejora mejorarr signif significa icativ tivamen amente te la potenc potencia ia de frenad frenado. o. [Heinz [Heinz Dietsche Dietsche K., 2005; 847].
FIGURA 2.28. Curvas características de los sistemas de freno del motor 1. 2.
Aquat quatar ard der Volth olth,, Sist Sistem emas as de freno freno del del moto motorr actu actuale aless
600 kW
1
400 2
200
0 1100
1500
1900
2300
r m
Revoluciones del Motor Heinz K., M anual de l a té FUENTE: Heinz cnica del del automóvil . Hasta el día de hoy el freno con válvula de tubo de escape es el más extendido. Con este sistema el conductor puede cerrar una mariposa giratoria instalada en el sistema de escape. La instalación de una válvula de mariposa pequeña en el bypass hacia la válvula de escape hace posible un aumento de la potencia. El accionamiento de esta válvul válvulaa se realiz realizaa como en el cilindr cilindro o posici posicionad onador or de la maripo mariposa sa del freno freno motor con aire comprimido. Durante la intervención del freno motor, la válvula se abre progresivamente y libera una caudal constante de la mariposa. [Heinz Dietsche K., 2005; 848].
40
CAPITULO III MARCO PRÁCTICO
La inteligencia consiste no sólo en el conocimiento, sino también en la destreza de aplicar los conocimientos en la práctica.
ARISTÓTELES 384 AC-322 AC. Filósofo Griego
CAPITULO III MARCO PRÁCTICO 3.1.
SIMULACIÓN DEL CIRCUITO “VELOCÍMETRO DIGITAL” EN SOFTWARE ELECTRÓNICO MÁS SU ADECUACIÓN EN HARDWARE PARA SU IMPLEMENTACIÓN DEL PROTOTIPO EN EL VEHÍCULO 3.1.1. Diagrama de Bloques del Proyecto FIGURA 3.1. Diagrama de bloque de los sistemas aplicables al proyecto
FUENTE: Elaboración Propia
FIGURA 3.2. Diagrama de bloque en función al proyecto
FUE NTE: El aboración Propia
41
FIGURA 3.3. Diagrama de proceso de funcionamiento del freno motor en el automóvil
Convencional
Automatizado
Conductor
Sensor de velocidad “señal”
Circuito electrónico (microcontrolador)
Pantalla LCD Pedal o Interruptor de mando de freno motor
Actuador
80 Km/h Activado
Desactivado
Interruptor de mando electromagnético
70 Km/h
Interruptor de mando electromagnético Válvula de mando de circuito neumático Válvula de mando de circuito neumático
Cilindro neumático para mando de la mariposa de freno
Cilindro neumático para mando de la mariposa de freno
Válvula de la mariposa del freno motor
Válvula de la mariposa del freno motor
70 Km/h
Abierto
Conducto de escape
Conducto de escape
Freno motor FUE NTE: El aboración Propia
42
Cerrado 80 Km/h
El sensor es un componente eléctrico que transforma el movimiento mecánico en señal eléctrica. Cuando el vehículo comienza a moverse, el movimiento mecánico se acondiciona en señal electrica y se manda al PIC y en su interior el sistema microprocesado convierte estas señales de información hacia la pantalla
LCD,
para su visualización donde se podrá conocer en todo momento a qua velocidad circula el vehículo. En medida que el velocímetro exceda los 80 Km/h el PIC manda una señal, que activa un actuador y este activa el sistema del freno motor para frenar el vehículo. Este proyecto es para poder controlar la velocidad del vehículo, para que no exceda velocidades que se consideran peligrosas.
3.1.2. Descripción del proyecto y sus componentes. Para el desarrollo del proyecto se utilizo un microcontrolador que cumpliera con los requisitos que el proyecto necesita, en este caso utilizamos el PIC 16F88, perteneciente a la gama media, este microcontrolador posee 18 pines suficientes para trabajar en protoboar, 7 KB de memoria más que suficientes para el programa y tiene conversores A/D así cumpliendo las necesidades del proyecto.
FIGURA 3.4. PIC 16F88
FUENTE: www.puntoflotante.net
3.1.3. Fuente de alimentación. Está conformado por un sistema regulador integrado 7805 (figura 3.5), que alimenta al microcontrolador PIC 16F88 con 5 voltios y garantiza una carga de hasta 2A si fuese necesario, para la referencia de alimentación de línea se considera a la batería del automóvil de 12V.
43
FIGURA 3.5. Fuente de alimentación del circuito U2
+12v
J1
7805
D1 1
VI
VO
3
+5V
D N G
1N4007
D2
C1
1N4007
100u
2
C2 10u
J2
FUE NTE: El aboración Propia
De acuerdo con las hojas técnicas del Circuito Integrado 7805 garantiza la regulación siempre que Vi sea 5V, regula por lo menor de 3V hasta un máximo de 36V de entrada aproximadamente. Los condensadores C1 y C2, (figura 3.5), son de protección contra ruidos ocasionados por la distancia de la batería y el circuito integrado para sus valores se escogió 100µf y 10µf. Los diodos D1 y D2, son rectificadores IN4007 protegerán al circuito integrado contra posibles transitorios de corrientes, se menciona que este sistema de alimentación es clásico en diseños de este tipo, por su sencillez y su bajo costo. Este Circuito Integrado 7805 es muy utilizado como regulador de voltaje para circuitos con microcontroladores ya que este integrado es muy simple de usar, ofrece una excelente respuesta ante variaciones voltaje a su entrada.
3.1.4. Entrada de señal al circuito desde el sensor de velocidad. Para tomar la señal proveniente del sensor se utiliza el siguiente circuito.
44
FIGURA 3.6. Circuito para la entrada de pulsos J3
R3 10k
VIN
R4 D3
100k
Vz=4.7
FUE NTE: E laboración Propia
Debido a que los pulsos provenientes del sensor son erráticos de niveles superiores a 5V, y que estos no son compatibles con la lógica del microcontrolador utilizado, el diodo zener D3 (figura3.6) mantendrá los niveles recortados a 4,7V aproximadamente, que es valor más próximo a 5V, de voltaje zener en el mercado. La potencia del diodo zener es de 1w el cual garantiza por demás la regulación. Cuando Vi = 12V y en Vin = 4,7V por lo tanto en la resistencia R3 existirá una caída de tensión de 7,3V aproximadamente. VR3 = Vi – Vin VR3 = 12V – 4,7V VR3 = 7,3V (caída de tenciona) Como la corriente máxima de los pines del microcontrolador es de 20mA, La resistencia R4 garantiza que no circule una corriente mínima por el diodo zener D3, ya que este diodo D3 no puede regularlo.
45
ʹͲ
ൌ 10
i z min = 2mA (corriente mínima del zener.) De acuerdo con este dato se asegura la regulación del diodo zener D3 ya que
i
generalmente z min > 0,5mA para la mayoría de los diodos zener. En la entrada de pulsos se utilizo un diodo zener como recortador, esto para que el voltaje que entre al circuito nunca exeda los 5v.
3.1.5. Modulo LCD y Microcontrolador Para el módulo de cristal líquido, se utilizó un Display (caracteres de presentación) de 2 x 16. Ya que es de bajo costo y está disponible fácilmente en el mercado. La alimentación se maneja a través de los pines 2(VDD) y 1(Vss) de 5v. El control del LCD (figura 3.7), es de la siguiente forma mediante dos buses:
Bus de control.
El pin de habilitación (E) se controla mediante el pin 6 del microcontrolador.
El pin de selección (RS) es controlado mediante el pin 7 del microcontrolador.
El pin de escritura o lectura (R/W) es controlado mediante el pin 8 del microcontrolador.
Bus de datos La interfaz entre el microcontrolador y el display del LCD (figura 3.7), es mediante un bus de datos de 4 bits D4, D5, D6 y D7, por los cuales el microcontrolador escribe los datos en la pantalla del LCD, a través de los pines 10, 11, 12 y 13 respectivamente ver.
46
FIGURA 3.7. Proceso de datos desde el Microcontrolador a la P ntalla LCD
FU ENTE: Elaboración Propia
Se utiliza un cristal r sonante de 4MHz (X1) por el cual los ciclo de maquina son:
3.1.6. Ajusta e Contraste FIGURA 3.8. Circuito de contraste para el LCD +5V
RV1 10K
ADJ
FUE NTE: El aboración Propia
47
Para ajustar el contraste se empleo un potenciómetro de 10k (RV1) conectado a 5V (figura 3.8) y tierra según los datos del LCD, esto permite controlar al contraste. Para el potenciómetro que regula el contraste del LCD no existe un cálculo específico, sino que en la red aconsejan utilizar potenciómetros entre 1K y 100K y luego ajustar hasta obtener el contraste deseado.
3.1.7. Actuador Para la respuesta a la señal proveniente del circuito “velocímetro” se diseño el siguiente circuito para el actuador.
FIGURA 3.9. Circuito del actuador para conectar al sistema de freno motor J6 J7 PIN PIN
Sistema de freno motor
+12V
+12v
D4 1N4007
R1
Q1 BC548BP
OUT 10k
J8 PIN
FUE NTE: El aboración Propia
El circuito tiene relación directa con el pulso y responde a éste cuando proviene del pin 1 del microcontrolador. Cuando la velocidad supera los 80 Km/h, la presencia de este pulso provoca que el Q1 (transistor Bipolar de Unión) se sature (cerrar) cerrando el circuito de la bobina del relé. Cuando la velocidad se reduce a 70 Km/h el pulso proveniente del pin 1 del microcontrolador toma el estado bajo de 0V, provocando que el bit entre en corte, lo que permite abrir el circuito de la bobina del relé.
48
Por lo tanto el control del freno motor se producirá mediante las terminales de potencia del relé. Se utilizo un dio o D4 para proteger el centro transitorio de c orriente inductiva al transistor Q1. Para garantizar la saturación del transistor recomiendan en muchos foros referidos a electr ónica que para este caso R de ente 1K y 10K ohm.
FIGURA 3.10. Esquema del circuito del velocímetro
FU ENTE: Elaboración Propia
3.1.8. Lista d componentes del circuito Los diferentes c mponentes del circuito se obtuvieron en las diferentes empresas dedicadas a la comercialización de los mismos.
49
CUADRO 3.1. Componentes del circuito CANTIDAD
DESCRIPCION
CODIGO O VALOR NOMINAL
2
Resistor (R1 – R3)
10k
1
Resistor (R4)
100k
1
Capacitor (C1)
100u (Maplin KQ70M)
1
Capacitor (C2)
10u
1
Capacitor (C3)
100n (Maplin DT98G)
1
Circuito Integrado (U2)
7805
1
Circuito Integrado (U1)
PIC16F88
1
Transistor (Q1)
BC548BP
3
Diodo (D1 – D2)
1N4007
1
Diodo Zener (D3)
1N5230B : 4.7v ; 0.5watt
1
LCD
LM016L
1
Rele RL1
TEXTELL-KBH-12V
1
Potenciometro RV1
10K (Digikey 3269P-1-103LF-ND)
1
X1
CRYSTAL
(Maplin KQ70M)
FUE NTE: E laboración Propia
3.2. SIMULACIÓN DEL CIRCUITO EN SOFTWARE ELÉCTRICO Y PROGRAMACIÓN DEL MICROCONTROLADOR. 3.2.1. Software de simulación de programa electrónico Para la realización de este proyecto primero se tuvo que utilizar un programa electrónico para la simulación del proyecto antes del armado del prototipo para no tener errores y complicaciones en el funcionamiento del circuito. El programa elegido para la simulación es PROTEUS de LABCENTER ELECTRONICS. Es un programa de diseño y simulación electrónica, (actualmente la versión 7.7) que permite dibujar el esquema de diseños y simularlo, consta de dos programas principales: Isis que nos permite realizar diagramas esquemáticos (figura 3.11) y el Ares que nos permite realizar circuitos impresos y también se puede visualizar el circuito en 3D (figura 3.12y 3.13). PROTEUS permite una simulación ya sea digital o analógica que permite simular también microcontroladores, en este caso el microcontrolador 16F88 con el cual hubo un buen resultado. 50
FIGURA 3.11. Simulador electrónico del circuito con generador de señales en PROTEUS ISIS
FUE NTE: El aboración Propia
FIGURA 3.12. Diseño de autoruteo para dos caras en PROTEUS ARES
FUE NTE: El aboración Propia
51
FIGURA 3.13. Simulador electrónico con visualización en 3D PROTEUS ARES
FUE NTE: El aboración Propia
3.2.2. Programación del PIC 16F88 El PIC en lenguaje ensamblador es bastante complicado y trabajoso en realizar operaciones aritméticas como la multiplicación y división, más aún si los valores que se desea calcular son de punto flotante, por ello se opto por utilizar un lenguaje de las alto nivel. El PIC C compliler es un compilador que no tiene mayores complicaciones, tiene incorporadas muchas librerías, entre ellas una librera para el manejo del LCD alfanumérico que hace sencilla la presentación de valores incluso si son de formato de punto flotante, en este compilador no es necesario definir previamente si los pines son de entrada o salida ya que el compilador lo hace automáticamente cuando se usan las funciones de lectura o escritura de puertos, adicionalmente existe bastante información, ejemplos y tutoriales para este compilador.
52
FIGURA 3.14. Programa CCS C Compiler
FUE NTE: E laboración Propia
Los datos introducidos en este programa es el siguiente:
#include "16f88.h" #fuses nowdt,xt #use delay(clock=4000000) #define use_portb_lcd TRUE #include "lcd.c" int16 contador=0,velocidad_,distancia_; int8 n; int1 estado=0,interrupcion=1; floatdiametro=0.7,longitud,velocidad,distancia; #int_timer1 void interrupcion_timer_1() { if(n==1) { if(contador>0) { contador--; } set_timer1(6050); setup_timer_1(T1_DISABLED); velocidad=longitud*contador; //velocidad[m/s] velocidad=velocidad*3.6; //velocidad[Km/h] distancia=distancia+longitud*contador/1000; distancia_=distancia; velocidad_=velocidad; lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"%03LuKPH",velocidad_); Continua. 53
Continuación.
lcd_gotoxy(7,2); printf(lcd_putc,":%07LuKm",distancia_); //printf(lcd_putc,":%07LuKm",distancia_); if(velocidad>80) { output_high(pin_a2); } if(velocidad<70) { output_low(pin_a2); } contador=0; estado=0; n=0; interrupcion=1; setup_timer_1(T1_INTERNAL|T1_DIV_BY_8); } else { n++; } } void main() { lcd_init(); //lcd_gotoxy(1,2); lcd_putc("... ---- ..."); lcd_gotoxy(10,2); longitud=3.14*diametro; //longitud[m] enable_interrupts(GLOBAL); enable_interrupts(INT_TIMER1); set_timer1(6050); setup_timer_1(T1_INTERNAL|T1_DIV_BY_8); while(true) { if(input(pin_a0)==1&&estado==0) { if(interrupcion) { set_timer1(6050); interrupcion=0; } contador++; estado=1; } if(input(pin_a0)==0&&estado==1) { estado=0; } } }
54
Para que la señal salga por otro pin, ejemplo por el pin 2 del puerto A output_high(pin_a2);
//pone en nivel alto al pin 2 del Puerto A
output_low(pin_a2);
// pone en nivel bajo al pin 2 del Puerto A
Para cambiar la medida del neumático bastara con cambiar la constante que define al diámetro del neumático. Para grabar el PIC se utilizo un grabador JDM que trabaja con el puerto serie de la PC, el software con el que trabaja este grabador es el IC prog, también trabaja con el Win Pic, ambos de libre descarga en internet, el esquema para realizar este grabador (JDM) también es de libre descarga en internet, en cuanto al costo, el armado de estos grabadores no supera los 50 Bs.
3.2.3. Calculo para programar velocímetro en Km/h
el
microcontrolador
del
Este sistema esta calibrado en Km/h, el cual basa su medición en la velocidad de rotación de alguna de las partes giratorias del vehículo cuando este está en movimiento, por ejemplo el árbol de salida de la caja de velocidades, o el giro de los neumáticos. Cuando las ruedas giran, recorren un espacio determinado en cada vuelta, este espacio es en teoría, si no hay patinaje ni deformación por el peso, el producto del diámetro de la rueda por la constante matemática ( pi), cuyo valor es 3.1416. De esta forma, si la rueda del coche tiene por ejemplo, un diámetro de 0.96 metros, por cada vuelta recorrerá: 0.96 X 3.1416 = 3.01 metros Que podemos redondear a 3 metros para facilitar el cálculo. Si asumimos ahora que la rueda gira durante el desplazamiento del automóvil a 100 vueltas por minuto (RPM) este recorrerá: 3 X 100 = 300 metros por minuto Como una hora tiene 60 minutos, en una hora el recorrido será: 300 X 60 = 18,000 metros por hora, es decir 18 Km/h 55
De este simple cálculo se desprende que si medimos la velocidad de rotación de las ruedas, o de algún otro eje que gire proporcionalmente al giro de ellas con un tacómetro y conocemos el diámetro de las ruedas, podemos poner la velocidad del vehículo en unidades de km/h de velocidad. Con estos cálculos programaremos el microcontrolador para que pueda correr con éxito el circuito del velocímetro
3.3.
PRUEBA Y ADECUACIÓN DEL PROTOBOARD 3.3.1. Elaboración del circuito en prototipo
PROTOTIPO
EN
La elaboración del prototipo se realizó en un panel de protoboard, tomando en cuenta que primero se realizó el armado en un simulador electrónico (software), obteniendo un buen resultado y después se lo armado en protoboard.
FIGURA 3.15. Vista del circuito armado en prototipo y su pantalla LCD
FU ENTE: Elaboración Propia
3.3.2.
Equipos
eléctricos
utilizados
para
la
prueba
y
funcionamiento del “Velocímetro Digital” en laboratorio Para la prueba y funcionamiento del prototipo, se tuvo que realizar en laboratorio utilizando equipos eléctricos electrónicos como ser osciloscopio, generador de señales y una fuente de alimentación.
56
Generador de pulsos: este equipo ayuda a simular el tipo de pulsaciones que emite el sensor de velocidad del vehículo, muy importante para el funcionamiento del circuito. Osciloscopio: ayuda a ver el tipo se señal que emite el generador de pulsos por medio de la pantalla del osciloscopio. Fuente de alimentación: equipo utilizado para la alimentación de nuestro circuito el cual está regulada en 12voltios.
FIGURA 3.16. Conexión del generador de pulsos, osciloscopio y Fuente de alimentación regulada a 12 voltios
FUE NTE: E laboración Propia
FIGURA 3.17. Conexión compartida del generador de señal y el osciloscopio en el circuito
FUENTE: Elaboración Propia
En la figura 3.18 se muestra la pantalla LCD en funcionamiento. El generador manda unas pulsaciones donde se simula las del sensor de velocidad y se observa 57
circuito del velocímetro en funcionando, en el cual se ve que cuando se exceda los 80Km/h el PIC mandara una señal, para que se active un actuador o relé (la señal saliente del PIC para que active el relé es mostrado con un diodo led encendido en la figura 3.18), el cual activa el sistema de freno motor del vehículo. Cuando baja la velocidad a 70Km/h el relé se desactiva (led apagado figura 3.19), se desactiva el sistema de freno motor del vehículo controlando así el exceso de velocidad.
FIGURA 3.18. Velocímetro con 80 Km/h con señal de activación del Actuador o relé
FUE NTE: E laboración Propia
FIGURA 3.19. Velocímetro con 60 Km/h con señal desactivada del Actuador o relé
F uente: Elaboración Propia
58
3.4. ELABORACIÓN DE LA PLACA Y LA CARCAZA MAS SU ADECUACIÓN DEL CIRCUITO DEL PROTOTIPO 3.4.1. Quemado de Placa para el circuito Se utilizo una placa impresa de 4 x 7cm, se realizo el quemado y perforado (como se muestra en la figura 3.20), para su posterior soldadura de los componentes del circuito,
FIGURA 3.20. Quemado y perforado de la placa
F uente: Elaboración Propia
3.4.2. Soldado de los componentes electrónicos en la Placa Una vez lita la placa se procedió a soldar los componentes con mucho cuidado para no tener complicaciones, en el funcionamiento del circuito “velocímetro digital”, una vez soldado se procede a la limpieza del mismo para su posterior armado y conexión de todas sus partes dentro de la carcasa, (figura 3.21) terminando este proceso está listo para su funcionamiento.
59
FIGURA 3.21. Circuito soldado en placa y su carcasa
F uente: Elaboración Propia
FIGURA 3.22. Circuito armado y conectado listo para su implementación
F uente: Elaboración Propia
60
3.5. IMPLEME TACIÓN DEL VELOCÍMETRO DIGITAL AL VEHÍCUL 3.5.1. Señal el Sensor de Velocidad Para la instalación, se tuvo que identificar el sensor de velocidad (1), una vez identificado se verifico las líneas de cables figura 3.23. “(señal (2), positivo (3) y negativo (4) una vez verificado el cable por donde se emite la señal se empalma un ca ble (5) para aprovecha la señal proveniente de este sensor para el funcionamie to del velocímetro digital
IGURA 3.23. Sensor de velocidad y cable de señal
1
5 2 4 3
F uente: El aboración Propia
3.5.2. Instal ción del Velocímetro Digital al Veh ículo Una vez optenido el cable de señal proveniente del sensor e velocidad, este se conecta con el cable de entrada de pulsos de señal del velocimetro (1), figura 3.24.
61
Y por ultimo e conecta el cable positivo (3) y el cable egativo (2) mas el cable de activa ion del actuador (4).
FI URA 3.24. Instalación del velocímetro en el vehíc lo
1 4 2 3
F uente: El aboración Propia
El la figura 3.25. se ve el velocimetro (1) en funcionamiento y un foco que nos muestra la se al que activa el actuador (2) cuando se excede velocidades superiores a 80 km/h.
FIGURA 3. 5. Velocímetro ya instalado en el vehículo en funci onamiento
1
F uente: El aboración Propia
62
2
3.5.3. Velocí etro digital en funcionamiento den tro el vehículo En la figura 3.26 se muestra el velocímetro en funciona iento. El sensor de velocidad man a las pulsaciones y se observa el velocímetro en funcionando, marcando la velocidad en que se desplaza el vehículo e el cual se ve que cuando se exc da los 80Km/h el velocímetro mandara un señal, para que se active un actuador (la señal saliente del velocímetro para ue active el relé es mostrado con n foco encendido en la figura 3.26). Cuando baja la velocidad a 70Km/h el relé se desactiva (foquito apagado figura 3.27).
FIGURA 3.2 . Velocímetro con velocidad más de 80 km/h actua or activado
F uente: El aboración Propia
FIGURA 3.27. elocímetro con velocidad menos de 70 km/h actua or desactivado
F uente: El aboración Propia
63
3.5.4. Esquema de conexión del Velocímetro Digital en el sistema de Freno Motor El esquema presenta el tipo de conexión que tendría el velocímetro digital en el sistema de freno motor del vehículo, como se puede notar no se hace ninguna modificación, y el actuador funciona como un interruptor de mando controlado por el circuito del velocímetro digital.
FIGURA 3.28. Esquema de conexión del velocímetro y el sistema de freno motor
Bomba de inyección
Conducto de escape y Válvula de mariposa del freno motor
Palanca en posición de parada del motor
Interruptor electromagnético
Interruptor del mando de freno motor.
Cilindro neumático
Borne positivo de la batería
Válvula de mando de cilindro neumático
Pantalla LCD Entrada de pulsos del sensor de velocidad
Microcontrolador
Actuador
F uente: El aboración Propia
64
3.6. ENCUESTA PARA DEFINIR SI HAY O NO ACEPTACIÓN PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL DE VELOCIDAD, SOBRE LA SITUACIÓN DE ACCIDENTES EN LA CIUDAD DE LA PAZ, POR EL EXCESO DE VELOCIDAD 3.6.1. Revisión de los datos históricos de accidentes vehiculares en el departamento de La Paz En el presente proyecto de grado la incidencia estadística donde se van a utilizar datos muéstrales aplicados a problemas como el exceso de velocidad de vehículos livianos y pesados, este exceso de velocidad factor causante de accidentes como vuelcos, choque a objeto fijo, colisiones, abarrancamientos, atropellos, (cuadro 3.2) es la conformación de que el exceso de velocidad es la causa de accidentes. Para determinar esto el presente trabajo se basara en las muestras de datos obtenidos de accidentes en el sistema carreteras en la ciudad de La Paz en datos muéstrales relativos del vehículo cuando estos están sujetos al exceso de velocidad. A partir de estos datos se podrá decidir las generalizaciones del todo razonables y justificables.
CUADRO 3.2. Clases de accidentes identificadas por el Organismo Operativo de Tránsito Departamento de La Paz CLASES DE ACCIDENTES
1999
%
2000
%
2001
%
2002
%
2003
%
Atropellos
1584
12,98%
1871
16,30%
2 021
1 9,26%
1713
19,42%
2 148
24,17%
9337
Colisiones
6646
54,46%
6272
5 4,63%
5385
51,32%
4605
52,20%
4 171
4 6,94%
27079
Choque a objeto fijo/vehí.det. 3 518
28,83%
3008
26,20%
2433
23,19%
1965
22,27%
2040
22,96%
12964
Vuelcos
188
1,54%
155
2,35%
199
1,90%
148
1,68%
155
1,74%
Embarrancamientos/desliza.
144
1,18%
70
0,61%
298
2,84%
276
3,13%
261
2,94%
Caída de personas – pasaj.
114
0,93%
103
0, 90%
153
1,46%
112
1,27%
110
1,24%
592
9
0,07%
1
0, 01%
4
0, 04%
3
0,03%
1
0,01%
18
TOTAL
12203
100%
11480
100%
10493
100%
8822
100%
8886
100%
%
23,52%
Incendio de vehículos
22,13%
20,22%
17,00%
17,13%
F UE NT E: Situación del últi mo quin quenio-H echos de tránsito en B oli via, 2004.
65
TOTAL
845
1049
51884 100,00%
FIGURA 3.29. Clases de accidentes identificadas por el Organismo Operativo de Tránsito Departamento de La Paz
F UE NT E: Situación del últi mo quin quenio-H echos de tránsito en B oli via, 2004.
3.6.2. Índices de accidentes por exceso de velocidad. La causa más frecuente en el departamento de La Paz para la ocurrencia de accidentes de tránsito, es la “imprevisión del conductor” En orden de importancia le sigue, el “exceso de velocidad”.
CUADRO 3.3. Causas de accidentes identificadas por el Organismo Operativo de Transito Departamento de La Paz CAUSAS DEL ACCIDENTE
1999
%
2000
%
2001
%
2002
%
2003
%
TOTAL
Falla mecánica
163
0,66%
81
0,41%
148
0,77%
208
1,26%
219
1,19%
819
Embriaguez
5963
24,11%
3363
16,95%
3529
18,34%
4545
27,60%
3016
16,34%
20416
Imprevisión del conductor 1 2731
51,48%
12579
63,41%
10790
56,08%
4910
29,82%
8621
46,71%
49631
Imprudencia del peatón
812
3,28%
650
3,28%
801
4,16%
587
3,56%
879
4,76%
Estacionamiento peligroso
59
0,24%
17
0,09%
79
0,41%
49
0,30%
151
0,82%
Omitir señales de Tránsito
491
1,99%
438
2,21%
1055
5,48%
162
0,98%
531
2,88%
Exceso de velocidad
2820
11,40%
1434
7,23%
1610
8,37%
5230
31,76%
3298
17,87%
Mala maniobra
1085
4,39%
464
2,34%
413
2,15%
362
2,20%
472
2,56%
2796
No dar prioridad
191
0,77%
150
0,76%
238
1,24%
226
1,37%
313
1,70%
1118
Cruzar peligrosamente
60
0,24%
39
0,20%
129
0,67%
41
0,25%
193
1,05%
462
Carecer de luces
42
0,17%
11
0,06%
29
0,15%
27
0,16%
68
0,37%
177
No acatar disp.de Tránsito
150
0,61%
88
0,44%
127
0,66%
66
0,40%
180
0,98%
611
Otras causas
162
0,66%
520
2,62%
291
1,51%
55
0,34%
517
2,80%
TOTAL
24729
100%
19834
100,00%
19239
100%
16468
100,00%
18458
100%
%
25,05%
20,08%
19,49%
16,68%
18,70%
F UE NT E: Situación del últi mo quin quenio-H echos de tránsito en B oli via, 2004.
FIGURA 3.30. Causas de accidentes identificadas por el Organismo Operativo de Transito Departamento de La Paz 66
3729 355
2677
14392
1545 98728 100,00%
F UE NT E: Situación del últi mo quin quenio-H echos de tránsito en B oli via, 2004.
3.6.3. Resumen preliminar de los resultados de Encuesta Estructurada Durante el mes Julio de 2012se realizó una encuesta dirigida a los pasajeros y conductores. El objeto de esta encuesta es recoger información confiable respecto a los accidentes vehiculares por exceso de velocidad en este caso La Paz – Caranavi – La Paz. Esta encuesta ha sido realizada a 100 pasajeros y 100 conductores para saber su opinión sobre la implementación de un sistema de control electrónico para la seguridad del transporte. A través de los formularios (anexo D), con 8 preguntas para pasajeros y 10 preguntas para los conductores, se obtuvo el 100% de respuestas completas.
67
a. Resultados de encuesta realizado a los pasajeros mostrado en diagramas realizado en Excel FIGURA 3.31. Pregunta Nº1 de encuesta a pasajeros
FUENTE: Elaboración propia
En la pregunta Nº1 realizada a los pasajeros el 50% de los encuestados afirma que los accidentes son por exceso de velocidad y 50% por imprudencia del conductor.
FIGURA 3.32. Pregunta Nº2 de encuesta a pasajeros
FUENTE: Elaboración propia
El 82% de los encuestados piensa que el transporte público causa accidentes por exceso de velocidad.
68
FIGURA 3.33. Pregunta Nº3 de encuesta a pasajeros
FUENTE: Elaboración propia
El 67% de los encuestados están totalmente de acuerdo en que no se controla a los conductores cuando estos exceden la velocidad con sus vehiculos.
FIGURA 3.34. Pregunta Nº4 de encuesta a pasajeros
FUENTE: Elaboración propia
Como se puede apreciar en la figura que el 95 % de los pasajeros piensa que se deberia implementar un sistema de control de seguridad para que el vehículo no exceda la velocidad.
69
FIGURA 3.35. Pregunta Nº5 de encuesta a pasajeros
FUENTE: Elaboración propia
El 60% de los encuestados indican que no escucharon de algún sistema que controle el exceso de velocidad, mientras que el 40% si escucho de un sistema de control de exceso de velocidad.
FIGURA 3.36.Pregunta Nº6 de encuesta a pasajeros
FUENTE: Elaboración propia
Como resultado tenemos que mas de ¾ partes de los encuestados con el 89 % estan pidiendo que se implemente un sistema de seguridad en vehículos de transporte publico para que se controle el exceso de velocidad.
70
FIGURA 3.37. Pregunta Nº7 de encuesta a pasajeros
FUENTE: Elaboración propia
En la figura se puede observar que el 93% de los pasajeros están dispuestos y seguros de viajar en un vehículo con un sistema de seguridad con control de velocidad.
FIGURA 3.38. Pregunta Nº8 de encuesta a pasajeros
FUENTE: Elaboración propia
Como podemos observar el 80% de los pasajeros no cuentan con ninguna seguridad al realizar viajes en los transportes públicos.
71
b. Resultados de encuesta realizado a los conductores mostrado en diagramas realizado en Excel FIGURA 3.39. Pregunta Nº1 de encuesta a conductores
FUENTE: Elaboración propia
En la pregunta Nº1 realizada a los conductores el 55% de los encuestados afirma que los accidentes son por exceso de velocidad y 45% por imprudencia del conductor.
FIGURA 3.40. Pregunta Nº2 de encuesta a conductores
FUENTE: Elaboración propia
Se puede observar que el 66% de los conductores encuestados piensa que el transporte público causa accidentes por exceso de velocidad. 72
FIGURA 3.41. Pregunta Nº3 de encuesta a conductores
FUENTE: Elaboración propia
El 55% de los conductores encuestados piensan que no se controla a los conductores cuando estos exceden la velocidad con sus vehiculos y el 45% piensa que si se controla a los conductores.
FIGURA 3.42. Pregunta Nº4 de encuesta a conductores
FUENTE: Elaboración propia
En la figura el 88% de los conductores piensa que se deberia implementar un sistema de control de seguridad para el vehículo no exceda la velocidad y La minima parte con el 12% no esta de acuerdo. 73
FIGURA 3.43. Pregunta Nº5 de encuesta a conductores
FUENTE: Elaboración propia
Un 24% escucho sobre un sistema que controle la velocidad mientras que el 76% no escucho de este tipo de sistema.
FIGURA 3.44. Pregunta Nº6 de encuesta a conductores
FUENTE: Elaboración propia
En la figura se muestra que los señores conductores con en 88% de los encuestados si está de acuerdo que se implemente un sistema electrónico que reduzca la velocidad.
74
FIGURA 3.45. Pregunta Nº7 de encuesta a conductores
FUENTE: Elaboración propia
En la figura se puede observar que el 72% de los conductores encuestados piensan que con un sistema de seguridad con control de velocidad el índice de accidente bajaría.
FIGURA 3.46. Pregunta Nº8 de encuesta a conductores
FUENTE: Elaboración propia
Se puede observar que el 68% de los conductores están de acuerdo y dispuestos que las empresas de transporte público implementen un sistema de seguridad con control de velocidad para más seguridad del pasajero y los conductores. 75
FIGURA 3.47. Pregunta Nº9 de encuesta a conductores
FUENTE: Elaboración propia
En la figura se puede observar que el 81% de los conductores están dispuestos de viajar en un vehículo con un sistema de seguridad con control de velocidad.
FIGURA 3.48. Pregunta Nº10 de encuesta a conductores
FUENTE: Elaboración propia
Como se puede observar el 59% de los conductores encuestados no cuentan con ninguna seguridad al realizar viajes.
Tiempo empleado en realizar esta encuesta (8 presguntas por pasajero) y (10 presguntas por conductor) De 1 a 3 minutos para los pasajeros ; de 2 a 5 minutos por conductor.
76
CAPITULO IV FACTIBILIDAD ECONÓMICA Y SOCIAL
Las matemáticas son el alfabeto con el cual Dios ha escrito el Universo.
GALILEO GALILEI
CAPÍTULO IV FACTIBILIDAD ECONÓMICA Y SOCIAL 4.1. ANÁLISIS DE COSTOS DEL PROYECTO. En este capítulo se hace referencia los gastos que se realizaron en el desarrollo de proyecto, se especifica los costos de hardware y software en todo lo largo del desarrollo del sistema. Esto nos va a ayudar a realizar una estimación más o menos clara de que es lo que necesitamos para llevar a cabo el buen desarrollo del proyecto.
4.2. COSTOS DE SOFTWARE Y HARDWARE Para la estimación de costos del software utilizaremos un modelo de desarrollo de software denominado COCOMO (Constructive Cost Model), para el hardware se realizó cotizaciones de los diferente componentes del circuito en las diferentes empresas dedicadas a la comercialización de los mismos.
4.2.1. Costos de Software En este modelo se introducen 15 atributos de coste para tener en cuenta el entorno de trabajo. Estos atributos se utilizan para ajustar el coste nominal del proyecto al entorno real, incrementando la precisión de la estimación.
4.2.1.1. Ecuaciones nominales de coste. Para cada modo de desarrollo, los 15 atributos del coste intervienen como multiplicadores en el coste nominal, M(x), para producir el coste ajustado . [(Pag. web) http://www.sofwaremetrics.com]. Las ecuaciones de cocomo en este modo intermedio son:
E= a ·KLDC b ·M (x) T = c· E d
77
Dónde: E = esfuerzo aplicado en persona-mes T = tiempo de desarrollo en mes KLDC = Es el número de líneas estimadas para el proyecto (en miles) P = número de personas necesarias Los coeficientes a, b, c y d se obtienen de la siguiente tabla: CUADRO 4.1. Coeficiente COCOMO intermedio Modo
a
b
c
d
Orgánico
3.2
1.05
2.5
0.38
Semiencajado
3.0
1.12
2.5
0.35
Empotrado
2.8
1.2
2.5
0.32
FUENTE: www.sofwaremetrics.com
Para la estimación de costos utilizaremos el modo empotrado ya que el software que se debe desarrollar tiene requisitos hardware, software y de operación.
4.2.1.2. Atributos de coste Estos atributos tratan de capturar el impacto del entorno del proyecto en el coste de desarrollo. De un análisis estadístico de más de 100 factores que influencian el coste, Boehmre tuvo 15 de ellos para COCOMO. Estos atributos se agrupan en cuatro categorías: atributos del producto, atributos del ordenador, atributos del personal y atributos del proyecto.
4.2.1.2.1. Atributos del producto • RELY: Indica las posibles consecuencias para el usuario en el caso que todavía existan defectos en el producto. Una puntuación 'muy baja' indica que solamente hace falta eliminar los defectos sin ninguna otra consecuencia. • DATA: Indica el tamaño de la base de datos a desarrollar en relación con el tamaño del programa. Tenemos cuatro segmentos con la razón 10-100-1000, que determinan las puntuaciones de 'bajo' a 'muy alto'.
78
• CPLX: Indica la complejidad de cada módulo y se utiliza para determinar la complejidad compuesta del sistema. Entonces la puntuación puede variar de 'muy bajo' si el módulo está compuesto de expresiones matemáticas simples a 'extremadamente alto' para módulos que utilizan muchos recursos de planificación.
4.2.1.2.2. Atributos del ordenador • TIME: Siempre será más exigente para un programador escribir un programa que tiene una restricción en el tiempo de ejecución. Esta puntuación se expresa en el porcentaje de tiempo de ejecución disponible. Es 'nominal' cuando el porcentaje es el 50%, y 'extremadamente alto’ cuando la restricción es del 95%. • STOR: Se espera que un cierto porcentaje del almacenamiento principal sea utilizado por el programa. El esfuerzo de programación se incremente si el programa tiene que correr en un volumen menor del almacenamiento principal. STOR captura este esfuerzo extra de 'nominal’ cuando la reducción del almacenamiento principal es del 50% a 'extremadamente alto' cuando la reducción es del 95%. • VIRT: Durante el desarrollo del software la máquina (hard y soft) en la que el programa se va a desarrollar puede sufrir algunos cambios. VIRT lo refleja desde 'bajo' a 'muy alto'. • TURN: Cuantifica el tiempo de respuesta del ordenador desde el punto de vista del programador. Cuanto mayor sea el tiempo de respuesta, más alto será el esfuerzo humano. TURN puede variar desde 'bajo' para un sistema interactivo a 'muy alto', cuando el tiempo medio de respuesta es de más de 12 horas.
4.2.1.2.3 Atributos del personal • ACAP: La capacidad del grupo de analistas, en términos de habilidad de análisis, eficiencia y capacidad para cooperar tiene un impacto significativo en
79
el esfuerzo humano. Cuanto más capaz sea el grupo, menos esfuerzo será necesario. ACAP puede variar desde 'muy bajo' a 'muy alto'. • AEXP: La experiencia del grupo en una aplicación similar tiene una gran influencia en el esfuerzo. Puede variar desde 'muy bajo' (menos de cuatro meses de experiencia) a 'muy alto'(mayor de 12 años de experiencia). "muy bajo": < 4 meses experiencia media "bajo": 1 año de experiencia media "nominal": 3 años de experiencia media "alto": 6 años de experiencia media "muy alto": > 12 años, o reimplementación de un subsistema • PCAP: La cuantificación es similar a la de ACAP, pero en este caso relacionado con los programadores. Se aplica a los programadores como grupo, pero no a los programadores individuales. • VEXP: Cuanto mayor sea la experiencia del grupo de programación con el procesador, menor será el esfuerzo necesario. VEXP puede variar desde 'muy bajo', cuando la experiencia es menor de un mes, a 'alto' cuando esta experiencia es mayor de 3 años. "muy bajo": < 1 mes experiencia media "bajo": 4 meses "nominal": 1 año "alto": > 3 años • LEXP: Un grupo de programadores con amplia experiencia en un lenguaje determinado programará de una manera mucho más segura, generando un menor número de defectos y de requerimientos humanos. Puede variar desde 'muy bajo' a 'alto' para un grupo de un mes a tres años de experiencia, respectivamente. "muy bajo": < 1 mes experiencia media "bajo": 4 meses de experiencia media
80
"nominal": 1 año de experiencia media "alto": > 3 años
4.2.1.2.4. Atributos del proyecto • MODP: Utilización de modernas prácticas de programación. Varía de 'muy bajo' a 'muy alto’. Estas prácticas incluyen, por ejemplo, programación estructurada y desarrollo 'top-down'. "muy bajo": no se utilizan prácticas modernas de programación -PMP-. "bajo": uso experimental de algunas PMP "nominal": experiencia razonable en el uso de algunas PMP "alto": experiencia razonable en gran parte de PMP "muy alto": uso habitual de PMP • TOOL: El uso adecuado de herramientas software es un multiplicador de la productividad. La puntuación de TOOL varía desde 'muy bajo' cuando sólo se utilizan herramientas básicas, a’ muy alto' cuando se utilizan herramientas específicas. • SCED: El tiempo nominal de desarrollo, tal como se define en el modo básico, es el plazo que requiere menor esfuerzo humano. Cualquier apresuramiento ('muy bajo') o retraso ('muy alto') demandarán más esfuerzo. Cada atributo se cuantifica para un entorno de proyecto. La escala es: Muy Bajo -- Bajo -- Nominal -- Alto -- Muy Alto -- Extremadamente Alto. En la tabla se muestran los valores del multiplicador para cada uno de los 15 atributos. Estos 15 valores se multiplican al M(x), y nos proporciona el esfuerzo ajustado al entorno.
81
CUADRO 4.2. Atributos COCOMO intermedio Grado
Muy Baja
Baja
Nominal
Alta
Muy Alta
Extra Alta
1.40 1.16 1.30
1.65
Atributos del Producto RELY DATA CPLX
0.75 0.70
0.88 0.94 0.85
1.00 1.00 1.00
1.15 1.08 1.15
Atributo del Hardware TIME STOR VIRT TURN
0.87 0.87
1.00 1.00 1.00 1.00
1.11 1.06 1.15 1.07
1.30 1.21 1.30 1.15
1.62 1.56
Atributo del Personal ACAP AEXP PCAP VEXP LEXP
1.46 1.29 1.42 1.21 1.14
1.19 1.13 1.17 1.10 1.07
1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
0.86 0.91 0.86 0.90 0.95
0.71 0.82 0.70
Atributo del Proyecto MODP TOOL SCED
1.24 1.24 1.23
1.10 1.00 0.91 0.82 1.10 1.00 0.91 0.83 1.08 1.00 1.04 1.10 FUENTE: www.sofwaremetrics.com
4.2.1.2.5. Coeficientes y Atributos nominales utilizados para coste Atributos del producto
Atributos del personal
• RELY: 0.75
• ACAP: 0.86
• DATA: 0.94
• AEXP: 1.13
• CPLX: 1.30
• PCAP: 0.86
Atributos del ordenador
• VEXP: 1.00
• TIME: 1.30
• LEXP: 0.95
• STOR: 1.00
Atributos del proyecto
• VIRT: 1.15
• MODP: 0.91
• TURN: 0.85
• TOOL: 0.83 • SCED: 1.08
82
4.2.1.2.6. Calculo de esfuerzo, tiempo y número de personas M (x) = 0.75*0.94*1.30*1.30*1.00*1.15*0.85*0.86*1.13*0.86*1.00*0.95*0.91*0.83*1.08 M(x)= 0.754
Las líneas de código de los archivos .m del proyecto suman en total 536 Si
KLDC
Calculo de esfuerzo b
E= a·KLDC ·M(x) =2.8 · (0.536)
1.2
· 0.754 = 0.99
1[personas – mes]
Calculo de tiempo d
T = c · E = 2.5 · 1
0.32
= 2.5
3 [meses]
Calculo de número de persona
El salario promedio de un programador en nuestro medio es de $us500 por mes Calculo de costo del software (Cs) Cs = P · T · SP = 1 · 3 · 500 = 1500 Por tanto el costo del software es de $us 1500
4.2.2. Costos de Hardware A continuación detallamos los componentes que se utilizaron para llevar a cabo el presente proyecto, como también los equipos para su prueba
4.2.2.1. Componentes del circuito. Los componentes del circuito fueron fáciles de encontrar en los lugares donde se comercializan a precios accesibles como de describe en el cuadro 4.3.
83
CUADRO 4.3. Lista de componentes del circuito Nº CANTIDAD
DESCRIPCION
Precio Unit. Precio Total
CODIGO O VALOR NOMINAL
en Bs.
en Bs.
1
2
Resistor
10k
0,5
1
2
1
Resistor
100k
0,5
0.5
3
1
Capacitor
100u (Maplin KQ70M)
1
1
4
1
Capacitor
10u
(Maplin KQ70M)
1
1
5
1
Capacitor
100n (Maplin DT98G)
1
1
6
1
Circuito Integrado
7805
10
10
7
1
Circuito Integrado
PIC16F88
100
100
8
1
Transistor
BC548BP
3
3
9
3
Diodo
1N4007
1
3
10
1
Diodo Zener
1N5230B: 4.7v ; 0.5watt
3
3
11
1
LCD1
LM016L
700
700
12
1
RL1
TEXTELL-KBH-12V
10
10
13
1
Potenciometro
10K (Digikey 3269P-1-103LF-ND)
3
3
14
1
X1
CRYSTAL
20
20
15
1
Protoboart
20
20
TOTAL
Bs
T.C. = 6.99 TOTAL($us)
876.5
125.21
FU ENTE : Elaboración Propia
4.2.2.2. Equipos de prueba Para la prueba del circuito “velocímetro digital”, se tuvieron que alquilar tres equipos electrónicos para su funcionamiento como se detalla en el cuadro 4.4. CUADRO 4.4. Equipos de prueba y funcionamiento Nº
CANTIDAD
Precio de alquiler
DESCRIPCION
en $us. 1
1
Osciloscopio
30
2
1
Generador de Pulsos
30
3
1
Fuente de alimentación (Profesional)
20
TOTAL $us FU ENTE : Elaboración Propia
84
80
4.2.2.3. Armado del prototipo Para el armado del circuito se tuvo que realizar la placa y la fabricación de una carcasa que protección. CUADRO 4.5. Armado del prototipo Nº
CANTIDAD
Precio de alquiler
DESCRIPCION
en Bs. 1
1
Quemado de la placa
50
1
1
Fabricación de carcasa
60
Soldado de los componentes en placa
10
TOTAL Bs. T.C. = 6.99 TOTAL ($US)
120
17.14
FU ENTE : Elaboración Propia
4.2.2.4. Costo Total de Hardware (Hw) Hw = componente + equipos de prueba + armado del prototipo Hw = 125.21 + 80 + 17.14 = 222.35
El costo total de Hardware es de $us 222.35
4.2.3. Costo Total del Proyecto (CTP) El costo total del proyecto lo calculamos con la siguiente fórmula: CTP = Sw + Hw
Donde: Hw: costo total del hardware Sw: costo total del software Entonces tenemos: CTP = Sw + Hw CTP = 1500 + 222.35 CTP = 1722.35
Llegamos al costo total del proyecto que es de $us 1722.35
85
CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Verdadera maestra de la vida no hay más que una, la experiencia; y tiene escuela abierta para todos.
PEDRO SALINAS 1891-1951. Escritor, poeta y ensayista español
CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1. CONCLUSIONES
En este capítulo expondremos las conclusiones obtenidas después de finalizar el estudio. Podríamos decir que la mayor parte son referentes al proyecto, se encuentran mencionados en el análisis de resultados. También queda mencionar aspectos importantes que se obtuvieron como el aprendizaje en el desarrollo del proyecto a continuación citamos los más importantes: Según el análisis de tipos de sensores de velocidad, se pudo establecer el tipo de sensor que tiene el vehículo utilizado para la implementación del velocímetro digital, el sensor es del tipo inductor el cual nos provee de señal para el funcionamiento del prototipo y este se relaciona con el funcionamiento del tablero de control del vehículo (velocímetro). Para el desarrollo del proyecto se clasifico los microcontroladores PIC y por recomendación de entendidos en el tema de la electrónica se escogió el PIC 16F88 ya que este PIC es muy comercial y se puede obtener bastante información sobre sus aplicaciones por internet en la página de MICROCHIP y como también por su razonable costo. El sistema de freno motor del vehículo, necesariamente deberá tener un sistema electroneumático, el cual nos facilita la conexión del velocímetro digital. El software que se utilizo para la simulación (PROTEUS) y programación (PIC C Compiler) para este proyecto es bastante adecuado con el cual se pudo simular el funcionamiento del circuito (velocímetro digital) y se pudo armar el prototipo sin complicaciones. También cabe mencionar que se tuvo buenos resultados en el funcionamiento del velocímetro digital tanto en laboratorio como en la implementación en el vehículo. En la encuesta realizada a los conductores y pasajeros se tuvo resultados que muestran la aceptación para el desarrollo de un sistema de control de velocidad.
86
Concluimos, aclarando que la encuesta se realizo en los previos de las empresas de transporte público en el tramo de La Paz – Caranavi – La Paz en la ciudad de La Paz – Villa Fátima. Estas empresas utilizan en su mayoría vehículos TOYOTA IPSUM los cuales cuentan con un sistema de freno auxiliar (freno motor), ideales para la implementación de este proyecto sus características se pueden apreciar en Anexo E. 5.2. RECOMENDACIONES
Se proponen algunas mejoras y recomendaciones como ser: Para que el control de velocidad también sea visualizado por el pasajero se recomienda utilizar un display mas grande para que todos puedan ver a qué velocidad se desplaza el vehículo. Para el futuro se recomienda utilizar un micro controlador el cual sea apropiado para vehículos que soporten vibraciones para que el circuito tenga mayor tiempo de uso. En razón de la importancia que tiene este proyecto es necesario fomentar la investigación en el campo de la electrónica automotriz en el país de manera que permita aumentar la seguridad de las personas.
87
ANEXOS
La verdadera sabiduría está en reconocer la propia ignorancia.
SÓCRATES 470-399 a.C. Filósofo Griego
ANEXO A
PIC16F87/88 Data Sheet 18/20/28-Pin Enhanced Flash Microcontrollers with nanoWatt Technology
2005 Microchip Technology Inc.
DS30487C
PIC16F87/88 18/20/28-Pin Enhanced Flash MCUs with nanoWatt Technology Pin Diagram
Low-Power Features:
18-Pin PDIP, SOIC
Power-Managed modes:
- Primary Run: RC oscillator, 76 µA, 1 MHz, 2V - RC_RUN: 7 µA, 31.25 kHz, 2V - SEC_RUN: 9 µA, 32 kHz, 2V - Sleep: 0.1 µA, 2V
RA2/AN2/CVREF/ VREFRA3/AN3/VREF+/ C1OUT RA4/AN4/T0CKI/ C2OUT
Timer1 Oscillator: 1.8 µA, 32 kHz, 2V
Watchdog Timer: 2.2 µA, 2V Two-Speed Oscillator Start-up
Two External RC modes
One External Clock mode:
Capture, Compare, PWM (CCP) module: Capture is 16-bit, max. resolution is 12.5 ns Compare is 16-bit, max. resolution is 200 ns PWM max. resolution is 10-bit
VDD RB7/AN6/PGD/ T1OSI RB6/AN5/PGC/ T1OSO/T1CKI
12
RB2/SDO/RX/DT
8
11
RB5/SS/TX/CK
9
10
RB4/SCK/SCL
(1)
The CCP1 pin is determined by the CCPMX bit in Configuration Word 1 register.
In-Circuit Serial ProgrammingTM (ICSPTM) via two pins Processor read/write access to program memory
Low-Voltage Programming
Synchronous Serial Port (SSP) with SPITM 2 (Master/Slave) and I CTM (Slave) Addressable Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter (AUSART/SCI) with 9-bit address detection: - RS-232 operation using internal oscillator (no external crystal required)
RA6/OSC2/CLKO
EEPROM Data Retention: > 40 years
10-bit, 7-channel Analog-to-Digital Converter
15 8 8 F14 6 1 C I P13
100,000 erase/write cycles Enhanced Flash program memory typical 1,000,000 typical erase/write cycles EEPROM data memory typical
RA7/OSC1/CLKI
Special Microcontroller Features:
Peripheral Features:
16
7
Note 1:
- 8 user selectable frequencies: 31 kHz, 125 kHz, 250 kHz, 500 kHz, 1 MHz, 2 MHz, 4 MHz, 8 MHz
3
RB1/SDI/SDA
Internal oscillator block:
RA0/AN0
6
RB3/PGM/CCP1
- ECIO: up to 20 MHz
17
RA1/AN1
(1)
RB0/INT/CCP1
XT, HS: up to 20 MHz
2
5
VSS
Three Crystal modes: - LP,
18
4
RA5/MCLR/VPP
Oscillators:
1
In-Circuit Debugging via two pins Extended Watchdog Timer (WDT): Programmable period from 1 ms to 268s
Wide operating voltage range: 2.0V to 5.5V
Dual Analog Comparator module:
- Programmable on-chip voltage reference - Programmable input multiplexing from device inputs and internal voltage reference - Comparator outputs are externally accessible Program Memory Device
DataMemory
Flash # Single- ord SRAM EEPROM (bytes) Instructions (bytes) (bytes)
I/O Pins
10-bit CCP AUSART Comparators A/D (ch) (PWM)
SSP
Timers 8/16-bit
PIC16F87
7168
4096
368
256
16
N/A
1
Y
2
Y
2/1
PIC16F88
7168
4096
368
256
16
1
1
Y
2
Y
2/1
2005 Microchip Technology Inc.
DS30487C-page 1
FIGURE 1-2: PIC16F88 DEVICE BLOCK DIAGRAM
13
8 Program Counter
Flash Program Memory
Program 14 Bus
RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/CVREF/VREFRA3/AN3/VREF+/C1OUT RA4/AN4/T0CKI/C2OUT RA5/MCLR/VPP RA6/OSC2/CLKO RA7/OSC1/CLKI
RAM File Registers 368 x 8
8 Level Stack (13-bit)
4K x 14
PORTA
(1)
RAM Addr
9
Ad dr MU X
Instruction reg
PORTB (2)
RB0/INT/CCP1 RB1/SDI/SDA RB2/SDO/RX/DT RB3/PGM/CCP1 RB4/SCK/SCL RB5/SS/TX/CK RB6/AN5/PGC/T1OSO/T1CKI RB7/AN6/PGD/T1OSI
Indirect 8 Addr
Direct Addr 7
FSR reg STATUSreg
8 3
Power-up Timer Oscillator Start-up Timer
Instruction Decode & Control
Power-on Reset
Timing Generation
ALU 8
Watchdog Timer Brown-out Reset
OSC1/CLKI OSC2/CLKO
MUX
W reg
RA5/MCLR V DD, VSS Timer1
Timer0
Timer2
CCP1
A US A RT
10-bit A/D
SSP
Data EE 256 Bytes
Comparators
Note 1: Higher order bits are from the STATUS register. 2: The CCP1 pin is determined by the CCPMX bit in Configuration Word 1 register.
2005 Microchip Technology Inc.
DS30487C-page 7
ANEXO B
ANEXO C
ANEXO E
Toyota Ipsum, Avensis Verso (2001)-Guía de reparación y mantenimiento del automóvil. Toyota Ipsum, Avensis Verso 2001 - manual de reparación, servicio de coche manual. La guía proporciona instrucciones paso a paso los procedimientos de operación, mantenimiento y reparación de volante a la derecha (Toyota Ipsum) y volante a la izquierda (Verso Toyota Avensis) de automóviles, equipados con motores de gasolina 1AZ-FE (2,0 l) y 2AZ-FE (2,4 l). La publicación contiene información detallada sobre reparación y ajuste de los elementos del sistema de gestión de motores a gasolina, instrucciones sobre cómo utilizar los diagnósticos del sistema motor, transmisión automática, ABS, CVR, VSC. WA, SRS y recomendaciones para el ajuste y reparación de transmisiones automáticas y mecánicas, componentes de freno (incluyendo ABS) y sistema de regulación aceleración slip (TRC), el sistema de agarre (VSC), freno de emergencia (WA), cambian el modo de parachoques (términos), sistemas, dirección y suspensión de estacionamiento. Ubicación detallada de placas de circuitos eléctricas, componentes y descripciones de los elementos de las inspecciones de equipos eléctricos. Las posibles fallas y soluciones, el apareamiento del tamaño de los componentes principales y sus límites permisibles de uso, los lubricantes recomendados y fluidos hidráulicos. El libro está diseñado para los propietarios de vehículos, el personal, las estaciones de servicio y talleres de reparación.
