Informática Electrónica

Proyecto Final

“Plataforma auto-nivelada”

Integrantes

A-2510/1 Arriola, Santiago

Z-0581/9 Zerbatto Diaz, Eloy N.

INTRODUCCIÓN. 3

OBJETIVOS. 4

FABRICACIÓN Y MONTAJE. 5

ESTRUCTURA DE SOPORTE. 5

FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES. 5

DRIVER DE LOS MOTORES. 6

PRESENTACIÓN FINAL Y DESARROLLO DE LA LÓGICA DE CONTROL. 7

DIFICULTADES AL MEDIR LA INCLINACIÓN. 8

DIFICULTADES MECÁNICAS. 9

COMENTARIOS FINALES. 9

Introducción.

El siguiente informe está dedicado al trabajo final para la cátedra de Informática Electrónica.

A lo largo del curso, se estudió y practicó el funcionamiento de del Kit de desarrollo DEMOQB8

(MC9S08QB8) de Freescale. La principal característica del Kit, es su posibilidad de ser

alimentado por pilas ‘AA’ haciéndolo apto para aplicaciones portátiles y de bajo consumo.

El tema elegido para implementar, fue el de una base que compense desniveles mediante el

uso de motores que ajusten la posición de la misma. Cada uno de estos motores, de tipo paso a

paso, son controlados por un circuito que contiene un integrado L298 (Driver para los motores),

el cual a su vez recibe las señales de control desde el Kit de desarrollo. Estos temas serán

tratados con más detalle a continuación.

Objetivos.

Como ya se adelantó, el fin de este proyecto es implementar una base que sea auto-ajustable

y pueda compensar desniveles por sí misma.

Se requiere que el ajuste se haga de la forma más inmediata y que se logre llegar a un valor de

equilibrio con el menor error posible.

Si bien se tomó el compromiso del armado de un sistema mecánico para la puesta en marcha

del dispositivo, fue solo a modo demostrativo y para embellecer la presentación, siendo los

puntos tales como programación , diseño de PCB , problemáticas a nivel Software y/o

hardware disponible y su solución , Aquellos ítems de mayor interés.

Fabricación y montaje.

Estructura de soporte.

Si bien se aclaró que la parte mecánica no era la más rica en contenido de interés, es necesario

entender que ésta es muy influyente a la hora del diseño del programa que comandará los

motores.

SE construyó una estructura metálica, la

que luego contendrá a dos motores paso a

paso, dos placas driver para dichos

motores, y el Kit de desarrollo para censar

la inclinación.

Como indica la flecha, se incluyó en la

estructura un punto móvil, que le dará

libertad a la parte superior de moverse en

todas direcciones con dos grados de

libertad.

Luego, se le dio un acabado galvanizado y

se procedió a montar ambos motores.

Los ejes de los motores están solidarios a

dos brazos que mueven a la plataforma

superior. Uno de estos brazos es de

construcción simple, pero el otro (debido al

tipo de movimiento que era requerido)

debió ser pensado con un número mayor

de partes móviles.

Funcionamiento de los motores.

Los motores paso a paso que se utilizaros son

de cuatro cables, donde cada paso se logra siguiendo la siguiente secuencia de excitación:

Se optó por utilizar paso completo con excitación de dos bobinas por vez, ya que de esta

manera se obtuvo un mayor torque, necesario para mover la estructura metálica.

Driver de los motores.

Para utilizar el circuito integrado L298 se diseñó un circuito impreso que se ajuste a las

necesidades constructivas, ya que el sugerido por

el fabricante presentaba complicaciones

para su fabricación.

El diagrama de conexiones puede

visualizarse en la hoja de datos del

fabricante.

El diseño de la PCB de simple capa de realizó

sobre el software de diseño Altium y se

copio con la ayuda del software de diseño

CorelDraw para luego ser ploteado en vinilo

adhesivo. Este Vinilo se pegó en la placa de

cobre virgen para su posterior proceso de

baño en cloruro de hierro (III) .

Culminado el proceso de eliminación de

cobre sobrante, se removió el vinilo para

dejar como resultado las pistas del circuito

impreso.

Hecho esto se procedió con el montaje de los

respectivos componentes electrónicos. La

alimentación de los motores se logro con el

uso de una fuente de PC.

Presentación final y desarrollo

de la lógica de control.

Puede verse en las imágenes la ubicación del

Kit de desarrollo.

La medición de inclinación se logra mediante

un acelerómetro disponible en el kit. La

particular ubicación del Kit en la plataforma

superior, se debe a que hace las veces de

lazo de realimentación, detectando no solo

inclinación sino también indicando cuando la

plataforma superior llega a una posición de

equilibrio u de nivel aceptable.

El principal problema de detectar inclinación

de un sistema móvil con un acelerómetro,

es que dicho acelerómetro también entrega

como datos de medición todos aquellos

valores de aceleración debido a los

movimientos propios de la plataforma para

lograr su ajuste. Este problema de la

aceleración será tratado y resuelto más

adelante.

El concepto básico de control de este sistema es el siguiente:

1- Como al iniciar el sistema, la plataforma superior puede estar

ubicada en cualquier posición fuera del equilibro, es necesario que ésta encuentre el

equilibrio y para poder setear algunos parámetros útiles para su posterior

funcionamiento.

2- Se dividió el problema en dos soluciones paralelas e idénticas,

una para cada grado de libertad.

3- Se definió un entorno a la posición de equilibrio ideal, el cual será

considerado como la verdadera posición de equilibrio.

4- Si en algún momento el acelerómetro del Kit detecta que alguno

de sus ejes está fuera de dicho entorno, envía una señal de corrección a través de los

puertos que controlan los motores, haciéndolos girar un paso en el sentido que

acerque al sistema a la posición de equilibrio. Esto se repite constantemente y las

correcciones necesarias son realizadas automáticamente hasta que se encuentra un

punto de equilibrio. La información sobre los datos que se utilizaron como referencia

(inclinación máxima en un sentido o en otro, entorno de equilibrio) fueron tomadas

mediante mediciones hechas con el sistema totalmente montado y con cada

dispositivo en su lugar (principalmente el acelerómetro).

5- Al encontrarse la plataforma dentro del entorno del equilibrio, las

posibles correcciones detectadas por el Kit son desestimadas para evitar vibraciones

en zonas cercanas al nivel óptimo.

Dificultades al medir la inclinación.

Como se adelanto en puntos anteriores, el acelerómetro al ser utilizado para medir inclinación,

presenta la complicación de entregar mediciones de aceleración debidas al movimiento

correctivo de la plataforma. Etas mediciones indeseadas las trataremos como ruido de

medición y es de menester su tratamiento.

Cada vez que uno de los motores da un paso en cualquier sentido gira 1.8 grados los cuales se

ven amplificados y transmitidos en forma de desplazamiento por el brazo de palanca. Este

movimiento brusco genera un pulso grande de aceleración el cual culmina como una medición

indeseada.

Una primera solución fue promediar una serie de mediciones (a gran velocidad) entre paso y

paso. Con esto, pero de manera insuficiente, se veía atenuado el efecto del impulso de

aceleración antes mencionado. La atenuación es proporcional al número de mediciones

promediadas. El problema de esto era que al tomar mediciones seguidas una de otra, es

posible que muchas de esas mediciones contengan información del impulso de aceleración. Se

puede pensar que el problema se solucionaría tomando un número mayor de mediciones,

pero se corre el riesgo de perder tiempo de respuesta del sistema.

El problema se soluciono, en parte, realizando mediciones más espaciadas, con el fin de

esperar que no se mida un gran número de datos erróneos.

Como complemento, se programó un algoritmo que hace un promedio pesado entre al

promedio más reciente de mediciones y una historial de nueve promedios anteriores. Este

promedio tiene la siguiente estructura:

Señal_enviada = historial [0]*10/55+ historial [1]*9/55+ … + historial [9]*1/55;

Último promedio calculado

Luego esta “Señal_enviada” es guardada en el historial para su futuro uso en el cálculo de un

nuevo paso. Así se tiene una idea de la posición actual y de posiciones anteriores, las cuales

van siendo “olvidadas” según su antigüedad.

Con esto, el movimiento logrado es más suave, lo cual ayuda a minimizar movimientos bruscos

que se realimenten como ruido.

Dificultades mecánicas.

El sistema mecánico construido, se gestó en el ingenio de utilizar materiales disponibles y tuvo

dos factores limitantes, costo-beneficio y tiempo-objetivo.

Respecto al costo-beneficio, quizás un sistema mecánico más elaborado hubiera tenido un

mejor desempeño y presentando menores vibraciones que se trasladen como ruido. Además

la elección de los motores dependía mucho de estructura que debía movilizar, con lo que ,

motores de mayor torque serian otra mejora apreciable.

Respecto al tiempo-objetivo, se consideró que el objetivo principal era desarrollar un sistema

de control, focalizándose en el código propuesto y en la solución de los inconvenientes antes

mencionados y que utilizar demasiado tiempo en la construcción de una mejor o más eficiente

estructura mecánica no era el objetivo del proyecto.

Comentarios finales.

EL proyecto llevado a cabo, contemplo muchas etapas de diseño integradoras, ya que se

utilizaron herramientas de software para el diseño de PCB, se realizaron trabajos de montaje

para la estructura metálica, y el control del motores paso a paso a través de un programa

hecho en lenguaje C.