9
Informática Electrónica Proyecto Final “Plataforma auto-nivelada” Integrantes A-2510/1 Arriola, Santiago Z-0581/9 Zerbatto Diaz, Eloy N.
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.
