ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL - Repositorio...

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA BASADO EN UN MICROCONTROLADOR PARA CONTROLAR POR VOZ Y

JOYSTICK EL DESPLAZAMIENTO DE UNA SILLA DE RUEDAS

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENI ERO EN ELECTRÓNICA Y CONTROL

CHANGO ALVAREZ HENRY PATRICIO

[email protected] TOCTAGUANO TIPAN ROBERTO CARLOS

[email protected]

DIRECTOR: Dr. LUIS CORRALES P. [email protected]

Quito, Enero del 2009

DECLARACIÓN Nosotros, Henry Patricio Chango Alvarez y Roberto Carlos Toctaguano Tipan, declaramos que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y, que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente. ________________________ ____________________________ Chango Alvarez Henry Patricio Toctaguano Tipan Roberto Carlos

CERTIFICACIÓN Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Henry Patricio Chango Alvarez y Roberto Carlos Toctaguano Tipan bajo mi supervisión.

________________________ Dr. Luis Corrales P.

DIRECTOR DEL PROYECTO

AGRADECIMIENTO

A Dios por darme la vida. A mis grandes amigos con los cuales compartí buenos y malos momentos: Andrés, Cristian, Roberto, Byron, Mary, Marco, Edwin, Mónica, Walter. Al Dr. Luis Corrales por guiarnos en la realización de esta tesis. A Carmen, Anita quienes siempre estuvieron pendientes por la culminación de este trabajo. Henry Patricio.

AGRADECIMIENTO A Dios por ser su hijo y darme la oportunidad de cumplir mis metas y rodearme de personas muy especiales que han marcado mi vida. A mi Virgencita del Quinche por ayudarme a cumplir la promesa ante ella, A mí querida Poli por brindarme la oportunidad de superarme en sus aulas. Al Dr. Luís Corrales, por darnos la oportunidad de realizar esta tesis bajo su tutela y guía. A mis Hermanos Viviana y Paúl por el gran apoyo brindado siempre. A mi novia Verónica Paulina que con su gran amor a llenado mi vida de felicidad. A mis tíos y primos con quienes comparto momentos inolvidables. A mis grandes amigos los “GALACTICOS RELOAD" Andrés, Marco, Cristian, Henry, Diego, Byrón, María, Edisón, Mónica, con quienes compartí grandes momentos en la Poli. A mis grandes amigos de toda la vida: Lucy, Jaime, Santiago, Blanca, Alexandra, Paulina, Paola que de una u otra forma me demostraron su gran amistad. A una persona muy especial que me brindo su apoyo incondicional en uno de los peores momentos de mi vida y siempre llevo presente sus consejos y no se que será de su vida. Roberto Carlos.

DEDICATORIA A mis padres Eva Teresa y Nelson Efraín quienes siempre me brindaron apoyo y comprensión en todo momento y me enseñaron a seguir el camino del bien. A mi Tío Luís Heriberto con quien aprendí cosas valiosas e inolvidables. A mi prima Rita Elizabeth quien me supo dar sus buenos consejos en los peores momentos de mi vida. A mi gran amigo Santiago () con quien compartimos grandes momentos.

Henry Patricio.

DEDICATORIA A mis padres María Transito y José Roberto que con su amor, cariño y sacrificio me enseñaron el verdadero significado de la vida. A mis queridos abuelitos José Lino (), Rosario, Maria Elisa () que me cuidaron en mi niñez y juventud. A mi prima Verónica de los Ángeles () con quien compartí muchos momentos felices.

Roberto Carlos.

CONTENIDO

Pág. Resumen………………………………………………………………………………..……i Presentación……………………………………………….……………………………….iii CAPÍTULO 1: ESTUDIO DE LA DISCAPACIDAD

EN EL ECUADOR

1.1 Discapacidad física...........................................................................................................1 1.1.1 Cuadraplejia.......................................................................................................1 1.1.2 Paraplejia...........................................................................................................2 1.1.3 Triplejia.............................................................................................................2

1.2 Discapacidad en el Ecuador.............................................................................................2 1.2.1 Investigación nacional 1996..............................................................................2 1.2.2 Investigación nacional 2004..............................................................................3

1.3 Reconocimiento de voz....................................................................................................8 1.3.1 Clasificación de los reconocedores de voz........................................................8

1.4 Rampa de arranque y frenado Tipo “S”...........................................................................9 1.5 Análisis del sistema anterior...........................................................................................10 1.6 Propuesta de diseño....................................................................................................... 10 CAPÍTULO 2: DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL

HARDWARE DE CONTROL

2.1 Análisis de la silla de ruedas......................................................................................... 12 2.1.1 Determinación de la fuerza máxima requerida en una superficie plana …………………………………………………………………................... 13 2.1.2 Determinación de la fuerza máxima requerida en una superficie ascendente. .............................................................................................................. 14 2.1.3 Determinación de la fuerza máxima requerida en una superficie descendente……………………………………………………………………...... 16 2.1.4 Determinación de la potencia de los motores. ............................................... 17

2.2 Diseño del sistema eléctrico.......................................................................................... 18 2.3 Selección de la batería................................................................................................... 22 2.4 Selección del microcontrolador PIC.............................................................................. 23

2.4.1 Diseño del Circuito de reset y oscilador del microcontrolador PIC………... 25 2.4.2 Diseño del Circuito detector del estado de la silla de ruedas……...…...…... 27 2.4.3 Diseño del Circuito teclado y LCD................................................................ 29 2.4.4 Diseño del Circuito selector del modo de operación de la silla de ruedas......29 2.4.5 Circuito de control de los motores de DC...................................................... 31 2.4.6 Circuito de control de relés para el sentido de giro de los motores................ 37 2.4.7 Circuito detector de batería baja y batería cargada………………………......41

2.5 Programación e implementación del subsistema de reconocimiento de voz................ 48 2.5.1 Hardware del sistema de reconocimiento de voz. ......................................... 48 2.5.2 Programación del circuito integrado HM2007. ............................................. 50 2.5.3 Implementación del sistema de reconocimiento de voz HM2007 con el microcontrolador PIC16F628A............................................................................... 51

2.6 Diseño de las fuentes de poder...................................................................................... 53 2.6.1 Diseño de las fuentes reguladas de 7,5 Voltios...............................................53 2.6.2 Diseño de las fuentes reguladas de 5 Voltios................................................. 57

CAPÍTULO 3: DISEÑO DEL SOFTWARE DE CONTROL 3.1 Controlador integrado programable PIC....................................................................... 59 3.2 Rampa Tipo “S”............................................................................................................ 61 3.3 Activación de los motores............................................................................................. 64 3.4 Codificación de las palabras.......................................................................................... 65 3.5 Programación general.................................................................................................... 66

3.5.1 Lógica de funcionamiento del microcontrolador PIC 16F877A.................... 66 3.5.1.1 Configuración de registros y pines de control................................. 84

3.5.2 Lógica de funcionamiento del microcontrolador PIC 16F628A.................... 90 3.5.2.1 Configuración de registros y pines de control................................. 92

CAPÍTULO 4: PRUEBAS Y RESULTADOS 4.1 Pruebas de la rampa Tipo “S”....................................................................................... 95 4.2 Pruebas de reconocimiento de voz...............................................................................102 4.3 Pruebas en los motores................................................................................................ 103 4.4 Resultados obtenidos................................................................................................... 104 CAPÍTULO 5: ESTUDIO DE COSTOS 5.1 Costos......................................................................................................................... 106 CAPÍTULO 6: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 6.1 Conclusiones............................................................................................................... 114 6.2 Recomendaciones....................................................................................................... 115 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS

RESUMEN

El presente trabajo tiene como objetivo el diseño y desarrollo de un prototipo

basado en un microcontrolador PIC, que permita controlar el desplazamiento y

giro de una silla de ruedas por medio de la voz del usuario y de un joystick.

Para el arranque y frenado de los motores se utilizan rampas de aceleración y

desaceleración de tipo “S” variables en el tiempo de 1 a 9 seg. Además se tiene

velocidad de crucero variable de 0 a 1 m/seg.

Para el control por voz se hace uso del circuito integrado HM2007 que es capaz

de reconocer hasta 40 palabras de 0.96 segundos ó 20 palabras de 1.92

segundos de longitud y envía dos números en código BCD de cada palabra que

son interpretados por el microcontrolador PIC 16F628A. Las palabras utilizadas

son grabadas en el circuito HM2007.

Para el control manual se utilizó un joystick con pulsadores para dar los

movimientos: adelante, atrás, izquierda y derecha.

Para que el sistema tenga la capacidad de realizar arranques y frenados suaves

se realizó una función cosenoidal a través de un algoritmo de control en la

programación del microcontrolador PIC 16F877A.

Para que el sistema pueda variar la velocidad de crucero se varía la amplitud de

la función cosenoidal implementada en el algoritmo de control.

Se grabó en el circuito integrado HM2007 en modo de 20 palabras para que la

duración de la palabra hablada sea más larga y pueda ser reconocida de manera

exacta.

Se determinó que con el tiempo de 1s en el algoritmo de las rampas de

aceleración y desaceleración el funcionamiento de la silla es el más adecuado,

debido a que si la silla se encuentra en espacios reducidos y con tiempos

mayores en la generación de las rampas puede ocurrir algún tipo de choque. Al

realizar la rampa en forma de coseno tipo “S” se consigue un incremento y

decremento suave de velocidad que no se obtiene en otros tipos de arranques.

El peso de los usuarios influye en la velocidad de crucero, ya que con esto la

silla de ruedas puede aumentar o disminuir la velocidad.

PRESENTACIÓN

El proyecto de Titulación “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA

BASADO EN UN MICROCONTROLADOR PARA CONTROLAR POR VO Z Y

JOYSTICK EL DESPLAZAMIENTO DE UNA SILLA DE RUEDAS” fue realizado

para realzar el estudio e investigación de la ESCUELA POLITECNICA NACIONAL

en temas médicos a beneficio de la sociedad Ecuatoriana, a la par con otros

países que realizan este tipo de proyectos.

En el Capítulo I se describen algunas de las discapacidades físicas como

cuadraplejia, paraplejia y triplejia. Se hace un análisis de las discapacidades en el

Ecuador, además se tiene una introducción al reconocimiento de voz, sus

aplicaciones y clasificación. También se da a conocer sobre la rampa tipo “S”,

análisis del sistema encontrado y por último la propuesta de diseño.

En el Capítulo II se dan a conocer los aspectos que se deben tomar en cuenta

para el dimensionamiento de los elementos que integran la parte de control como

son las fuentes de alimentación y la parte de potencia así como también la

implementación y programación del sistema de reconocimiento de voz.

En el Capítulo III se describe el programa de control del microcontrolador master

PIC 16F877A y el microcontrolador esclavo PIC 16F628A en lenguaje

estructurado.

En el Capítulo IV se indican los ajustes realizados en cada una de las partes que

conforman la silla de ruedas como motores, llantas, acople entre la banda el

motor y la llanta, así como también ajustes en el software de control como

velocidad de crucero, tiempos de las rampas de aceleración y desaceleración y

acoplamiento del sistema de reconocimiento de voz.

En el Capítulo V se dan a conocer los costos que representa la silla de ruedas, los

elementos que integran el sistema de control y potencia, elementos que forman

parte del sistema de reconocimiento de voz y el costo que implica los

conocimientos de ingeniería.

En el Capítulo VI se tienen conclusiones y recomendaciones relacionadas con lo

anteriormente descrito.

1

CAPÍTULO 1

ESTUDIO DE LA DISCAPACIDAD EN EL ECUADOR

El presente trabajo pretende controlar el desplazamiento de una silla de ruedas mediante

joystick y la voz del usuario, además de su velocidad de crucero y rampa de aceleración y

desaceleración. El objetivo es proporcionar un mejor estilo de vida a las personas que

sufren de discapacidad física. Para conocer un poco de esta discapacidad y así establecer

los requerimientos de la potencial población destino, a continuación se hace un estudio

sobre discapacidades físicas.

1.1 DISCAPACIDAD FÍSICA

Se puede definir como una imposibilidad que limita o impide el desempeño motor de la

persona afectada, esto significa que las partes afectadas generalmente son los brazos y/o

piernas. Su discapacidad se manifiesta en que pueden requerir de la ayuda de otras

personas para realizar las actividades de la vida diaria o que tienen dificultades para

trabajar o estudiar debido a su deficiencia.

Existen muchos tipos de discapacidades físicas, pero se va a dar una breve explicación de

aquellas relacionadas con este trabajo.

1.1.1 CUADRAPLEJIA

La Cuadraplejia o cuadriplejia es una lesión medular que se refiere a la parálisis que afecta

las cuatro extremidades. Es una lesión en la porción superior de la médula espinal, si bien

da como resultado la parálisis completa de las extremidades inferiores, puede afectar en

forma parcial o completa las superiores, dependiendo del nivel neurológico afectado.

2

1.1.2 PARAPLEJIA

La afectación de la región lumbar de la médula espinal da por resultado la paraplejia. La

función en las extremidades superiores es normal, el suministro neurológico del tórax y

parte alta del abdomen está íntegro, mientras que las inferiores tienen parálisis parcial o

total. Supone la pérdida de movilidad y sensibilidad de cintura para abajo (pierna derecha e

izquierda).

1.1.3 TRIPLEJIA

Es la ausencia de movimiento y de sensibilidad en un brazo y ambas piernas y

generalmente se produce como resultado de una lesión incompleta de la médula.

1.2 DISCAPACIDAD EN EL ECUADOR

Del total de la población existente en el Ecuador, el 13,2 % son personas con algún tipo de

discapacidad. Se conoce que en el país existen aproximadamente [5]:

• 592.000 personas con discapacidad por deficiencias físicas

• 432.000 personas con discapacidad por deficiencias mentales y psicológicas

• 363.000 personas con discapacidad por deficiencias visuales; y,

• 213.000 personas con discapacidad por deficiencias auditivas y del lenguaje.

1.2.1 INVESTIGACIÓN NACIONAL 1996 [5]

Los resultados de la investigación que terminó en 1996, auspiciada por el CONADIS, el

INNFA del Ecuador y el Instituto de Migración y Servicios Sociales, IMSERSO de

España, muestra la situación de las discapacidades en nuestro país, en sus aspectos más

3

importantes como: el aspecto legal, el de atención a las personas con discapacidad y el

epidemiológico en su dimensión y distribución geográfica.

En el país el 48.9% de la población tiene alguna deficiencia es decir, un trastorno ó

alteración orgánica, funcional o psicológica que puede provocar una discapacidad.

El 13.2% de la población tiene algún tipo de discapacidad, es decir una limitación de

carácter permanente para realizar una actividad como la realizan las otras personas.

El 4.4% tiene alguna minusvalía, es decir, una seria desventaja a consecuencia de una

discapacidad para cumplir un rol social.

1.2.2 INVESTIGACIÓN NACIONAL 2004 [5]

De esta investigación realizada se ha obtenido los siguientes resultados:

• En Ecuador existen 1.608.334 personas con alguna discapacidad, que representan el

12.14% de la población total.

• El 6% de los hogares ecuatorianos tienen al menos un miembro con discapacidad.

El 8% de los hogares rurales tienen alguna persona con discapacidad frente al 5%

de hogares urbanos.

• El 8% de las familias de la Sierra tienen al menos un miembro con discapacidad.

Este porcentaje es superior a los porcentajes encontrados en la Región Costa (4%) y

Amazónica (6%). Las provincias más afectadas por la discapacidad son las de:

Loja, Cañar, Bolívar y Cotopaxi, cuyos porcentajes de hogares con al menos una

persona con discapacidad sobrepasan al porcentaje nacional en más de 4 puntos.

• Cerca de 830 000 mujeres en Ecuador tienen discapacidad (51,6%), mientras que el

número de hombres con discapacidad es 778594 (48,4%). Esta distribución no es

igual a la distribución de la población nacional por sexo que es: mujeres 50.3% y

hombres 49.7%, demostrando que existe mayor discapacidad en las mujeres. Sin

embargo, no en todas las edades es mayor el número de mujeres con discapacidad:

4

a) De la población infantil ecuatoriana menor de 5 años, los niños y niñas con

discapacidad infantil representan el 1.4%. De ellos el 76% tiene alguna deficiencia

y el 24% presenta alguna limitación en la actividad.

b) Entre los menores de cinco años con limitaciones, el 56.7% son niños y el 43.3%

son niñas.

c) En el grupo de edad de 5-40 años con discapacidad, el 53% son hombres y el 47%

son mujeres.

d) En la población con discapacidades de 41 años y más de edad, el 54% son mujeres

y el 46% son hombres.

• La presencia de discapacidad está directamente relacionada con la edad. De la

población con discapacidad, el 33% tiene más de 65 años, mientras que en los

grupos menores de 40 años, estos porcentajes máximo llegan al 19%. Aunque los

porcentajes de discapacidad se incrementan continuamente conforme avanza la

edad, a partir de los 41 años este incremento se acelera de forma notable.

• El porcentaje de discapacidad no es homogéneo en el territorio ecuatoriano, hay

diferencias importantes entre las provincias. Las provincias de Guayas, Pichincha,

Manabí y Azuay presentan porcentajes significativamente superiores al promedio

nacional, mientras que Napo, Pastaza, Sucumbíos y Orellana presentan porcentajes

sensiblemente inferiores a la media nacional. En la Región Amazónica el

porcentaje es similar al promedio nacional y diez veces inferior a los porcentajes de

la Región Costa y Sierra.

• En los niños se identificaron las limitaciones en la actividad y restricción en la

participación. El número de niños con estas limitaciones asciende a 17838. Entre

las limitaciones más frecuentes de los menores de 5 años se señala a la limitación

para ponerse de pie, para caminar solo y de la comunicación, causadas en mayor

porcentaje por deficiencias funcionales (72.5%). El 44% de la población infantil

menor de 5 años con limitaciones presenta más de una limitación en la actividad.

5048 niños/as no pueden ponerse de pie y caminar solos, 5856 niños/as tienen

dificultades en comunicarse, 3867 niños/as tienen limitaciones para ver, 3763

niños/as tienen limitaciones permanentes para escuchar, 2216 niños/as tienen

limitación permanente para vestirse, asearse o comer solos, 2.330 niños/as tienen

limitaciones para relacionarse con los demás.

5

• El 72.5% de las deficiencias en la población infantil menor de 5 años son

funcionales. Las más frecuentes son las relacionadas con el funcionamiento de los

órganos internos.

• De los menores de 5 años con limitaciones, el 80% reportó como causa originaria

alguna condición negativa de salud: enfermedades hereditarias y adquiridas,

problemas al momento del parto, infecciones y mala práctica médica. La condición

negativa de salud es reportada a nivel rural como el 91% de las causas de las

limitaciones, en comparación con el 73% en el sector urbano.

• En el país se encontró que el 4.8% de la población mayor de cinco años tiene

limitación grave en la actividad y restricción en la participación, lo que corresponde

a 640183 personas. Es decir, son personas con discapacidad que tienen un bajo o

ningún nivel de autonomía, que a pesar de utilizar ayudas técnicas o personales,

presenta un nivel de funcionamiento muy restringido.

• El 38% de la población discapacitada con limitación grave, necesita del cuidado

permanente de otra persona. El 52% de los cuidadores permanentes son los padres,

generalmente las madres.

• El 79% de las personas con limitación grave, tienen limitaciones para realizar

actividades y restricción en la participación: para movilizarse, actividades

educativas y de aprendizaje, integrarse a la vida comunitaria, suficiencia en su auto

cuidado, integrarse a las actividades de la vida doméstica y trabajar en forma

remunerada.

• Como ya se mencionó los porcentajes de personas con más de una limitación grave

van en aumento conforme avanza la edad, con un pico marcado a partir de los 65

años. Mientras la población de 5-10 años tiene un 3% de limitaciones múltiples, el

46% de los mayores de 65 años presentan la misma condición. El número de

mujeres de más de 65 años y más con limitaciones múltiples graves supera al de los

hombres en un 7%.

• De la población que presenta una sola limitación, la más frecuente es la relacionada

con la recreación social que afecta al 9% de le las personas con limitación grave de

5 años y más (60240 personas). Seguida por la limitación para aprender y estudiar

(4%), y trabajar remuneradamente (3.4%).

6

• 366 mil personas registran tener dificultad moderada para caminar, correr, subir

gradas. 101700 presentan dificultad para coger cosas. La dificultad para ver aún

utilizando anteojos afecta a 176900 personas.

• En la población de 5 años y más 452336 personas presentan deficiencias

estructurales, que representa el 64% de todas las deficiencias.

• Entre la población con discapacidad, el 64% presenta deficiencias estructurales, el

29% deficiencias funcionales y el 7% deficiencias mixtas.

• Las enfermedades heredadas y adquiridas, los problemas al momento del parto, las

infecciones y la mala práctica médica son las principales causas de discapacidad en

la población de 5 años y más (65%).

Los accidentes como causa de discapacidad afectan más a la población masculina de 20-64

años (19%) y las condiciones negativas de salud afectan más a las mujeres en las mismas

edades (53%).

Pastaza 38%, Cañar 34%, Los Ríos 24% y Carchi 22% son las provincias en donde viven

las personas con discapacidad originados por los accidentes como la primera causa de

discapacidad.

Morona Santiago 82%, Cotopaxi 78%, Bolívar 76%, y Orellana 76%, de las personas con

discapacidad que viven allí tienen a las condiciones negativas de salud como la primera

causa de discapacidad.

Sucumbíos (17%) e Imbabura (7%) reportan los mayores porcentajes de personas con

discapacidad con antecedentes de condiciones adversas como desastres naturales y pobreza

como la causa de discapacidad.

Sucumbíos, Esmeraldas y Chimborazo reportan los más altos porcentajes de personas con

discapacidad por violencia como causa de discapacidad.

Imbabura y Napo son las provincias en donde las intoxicaciones tienen los más altos

porcentajes como causa de discapacidad.

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A continuación se detalla la información de las personas carnetizadas y

registradas en el CONADIS (Tabla 1.1) ente encargado de dar el reconocimiento legal de

persona discapacitada. Esta información fue tomada desde el año 1996.

PROVINCIA

AUDITIVA FÍSICA INTELECTUAL LENGUAJE PSICOLÓGICO VISUAL TOTAL

AZUAY 400 2121 1803 47 55 374 4800

BOLÍVAR 132 455 291 11 5 101 995

CAÑAR 114 525 318 4 28 87 1076

CARCHI 67 288 153 8 22 64 602

CHIMBORAZO 302 919 822 5 9 216 2273

COTOPAXI 153 718 449 37 13 164 1534

EL ORO 582 2669 2063 32 119 525 5990

ESMERALDAS 377 1683 1222 28 38 439 3787

GALÁPAGOS 9 30 34 0 0 8 81

GUAYAS 2446 7680 6518 248 326 1468 18686

IMBABURA 445 1129 695 33 75 212 2589

LOJA 608 1819 1862 38 135 483 4945

LOS RÌOS 238 1049 786 29 21 110 2233

MANABÌ 1114 5517 2325 70 868 868 10762

MORONA

SANTIAGO 91 648 273 14 27 148 1201

NAPO 86 323 220 8 4 96 737

ORELLANA 64 246 141 15 10 44 520

PASTAZA 73 274 260 9 27 70 713

PICHINCHA 2230 8273 5030 61 253 1593 17440

SUCUMBÍOS 101 553 269 14 48 106 1091

TUNGURAHUA 322 1006 634 23 25 209 2219

Z.CHINCHIPE 61 170 180 7 8 53 479

TOTAL 10015 38095 26348 741 2116 7438 84753

Tabla 1.1 Discapacidades en el Ecuador, tomado de [5]

8

1.3 RECONOCIMIENTO DE VOZ

Es el proceso automático de conversión de palabras habladas a palabras escritas para que el

dispositivo receptor tenga la capacidad de entender el lenguaje hablado y luego pueda

realizar funciones especificas. Entre los campos de aplicación del reconocimiento de voz

se tiene: sistemas de seguridad, telefonía, sistemas de control, sistemas de entrada de datos

y acceso a bases de datos, etc. Generalmente se deben cumplir tres tareas:

• Pre-procesamiento: convertir la señal análoga a digital, es decir convertir la voz a

una manera en que el reconocedor pueda procesar.

• Reconocimiento: interpretar lo que se dijo, se hace una traducción de señal a texto.

• Comunicación: enviar lo reconocido para efectuar las acciones correspondientes en

el sistema.

Los procesos de pre-procesamiento, reconocimiento y comunicación no son visibles al

usuario. Se utilizan características tales como la velocidad y certeza en el reconocimiento

para evaluar que tan bueno es el sistema de reconocimiento de voz.

1.3.1 CLASIFICACIÓN DE LOS RECONOCEDORES DE VOZ [10]

Los reconocedores de voz se clasifican de acuerdo a la función que van a cumplir y de

acuerdo al tipo de habla.

1.3.1.1 De acuerdo a su propósito

Los reconocedores de voz de acuerdo a su propósito pueden ser de propósito general

cuando las palabras a ser reconocidas son de cualquier dominio, y de propósito específico

cuando se reconocen palabras de un dominio en particular.

9

1.3.1.2 De acuerdo al tipo de habla

En esta clasificación se toma en cuenta la manera de hablar: en forma aislada, cuando el

hablante realiza pausas entre palabras para hacer más fácil el trabajo del reconocedor; y

forma continua, cuando no existe pausas entre palabras. Esto hace que el reconocimiento

sea más difícil y la información no sea confiable.

1.4 RAMPAS DE ARRANQUE Y FRENADO TIPO “S”

Se refiere a las rampas que dan al motor mayor suavidad en los instantes de arranque,

frenado y de aproximación a la velocidad ajustada, lo que posibilita evitar los choques

mecánicos al inicio y al final de las rampas que son indeseables y reducen la vida útil de

las máquinas. En la Figura 1.1 se muestra los tipos de rampas.

Figura 1.1 Rampas.

La rampa tipo “S” se puede obtener de la función coseno tomando la mitad del periodo, de

acuerdo al software utilizado (PIC BASIC) la operación matemática COS da el coseno en 8

bits de un valor determinado. El resultado está dado en forma de dos complementos de -

127 a 127 y usa una tabla de cuarto de onda para encontrar el resultado. El coseno

comienza con un valor en radianes binarios de 0 a 255, en lugar de los usuales 0 a 359

grados. Para convertir los grados a radianes binarios se multiplica por 128 y se divide por

180. Para convertir los radianes binarios a grados se multiplica por 180 y luego se divide

por 128.

10

Por ejemplo para 90 grados se tiene su equivalente 64 en radianes binaros:

127)64cos(

64180

128*90

=

=o

1.5 ANÁLISIS DEL SISTEMA ANTERIOR

El sistema fue realizado en el año 1995 por medio de una tesis “CONTROL

ELECTRONICO DE SILLAS DE RUEDAS PARA PERSONAS PARAPLEJICAS Y

CUADRAPLEJICAS”, la cual fue encontrada con los siguientes elementos:

• Silla de Ruedas

• Dos motores Dc 12V, 10Amp

• 4 Relés.

Todo el sistema de Control y Potencia no existía, no se encontró ninguna tarjeta electrónica

de la tesis mencionada, de ahí la necesidad de realizar este proyecto.

1.6 PROPUESTA DE DISEÑO

La propuesta consiste en diseñar y construir un sistema basado en un microcontrolador,

que permita controlar el desplazamiento y giro de una silla de ruedas por medio de la voz

del usuario y de un joystick.

Sobre la base de la silla dotada de dos motores se diseñará el sistema para que realice los

siguientes controles:

• Mediante un teclado se fijará la pendiente de aceleración y desaceleración de la

silla, así como la velocidad de crucero.

11

• El microcontrolador debe proveer una función de transferencia tipo “S” para

eliminar los arranques y paradas bruscos y así evitar posibles accidentes al

usuario de la silla.

A continuación se muestra el diagrama de bloques de la propuesta en la Figura 1.2

VOZ ENTRENAMIENTO

JOYSTICK CONTROLADOR

MOTORES

DE LA

SILLA

SELECCIÓN

DE FUNCIONAMIENTO

DE PARÁMETROS

Figura 1.2 Diagrama de bloques.

12

CAPÍTULO 2

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL HARDWARE DE

CONTROL

En este capítulo se describe como se realizó el diseño del hardware del sistema.

Se consideran dos tipos de controles para facilitar el uso del operador de la silla de ruedas

como son: el control por Joystick y el control por voz del usuario.

Todos los diseños fueron realizados tomando en cuenta la forma más simple y sencilla

para ejecutarlos.

2.1 ANÁLISIS DE LA SILLA DE RUEDAS

Para el análisis se considera el peso de todos los componentes que integran el sistema

(Figura 2.1): silla de ruedas, sistema de control y potencia, usuario, batería.

La masa máxima especificada para el usuario según la marca Everest & Jennings es de 110

kg. La masa está dada por los materiales con los cuales se encuentra construida la silla.

1.6.1 Figura 2.1 Silla de Ruedas

El peso total que los motores deben movilizar es:

PSCPFPMUPEMPTM +++=

13

PEM = Peso de la estructura mecánica de la silla = 333,54 [N]

PMU = Peso máximo del usuario = 1079,1 [N]

PF = Peso de la fuente (Batería) = 147,15 [N]

PSC = Peso sistema de control = 9,81 [N]

PTM = Peso total a movilizar = 1569,6 [N]

Con este valor obtenido se calcula la fuerza máxima que deben entregar los motores para la

movilización de la silla de ruedas.

2.1.1 DETERMINACIÓN DE LA FUERZA MÁXIMA REQUERIDA EN UNA

SUPERFICIE PLANA

Para la determinación de la fuerza máxima se recurrió a las leyes de Newton mediante el

diagrama de cuerpo libre (Figura 2.2).

Figura 2.2 Superficie Plana

Para materiales de hule sobre concreto se toma un coeficiente de fricción cinético

aproximadamente de 0,57.

14

][67,894

][1569,6*57.0

**

)1.()2.(

)2.(*

0

0

)1.(*

0

0

NF

NF

gmF

ecec

ecgmN

WN

WN

F

ecNF

FF

FF

F

c

Y

c

r

r

X

===

→→=

==−

=

→==

=−

=

∑

∑

µ

µ

Esta es la fuerza máxima para que la silla gire en cualquier dirección.


SUPERFICIE ASCENDENTE.

Según el Instituto Ecuatoriano de Normalización norma NTE INEN 2 245 del año 2000

(Accesibilidad de las personas al medio Físico. Edificios, Rampas Fijas), la cual establece

las dimensiones mínimas y características generales que deben cumplir las rampas para

facilitar el acceso de las personas estas deben tener una pendiente máxima de 12%.

En pendientes longitudinales (Figura 2.3) se establecen los rangos máximos para tramos

de rampa entre descansos, los cuales son medidos en su proyección horizontal.

15

Figura 2.3 Porcentajes de Pendientes

a) Hasta 15 metros: 6% a 8% equivalente a un ángulo de 3,43º.

b) Hasta 10 metros: 8% a 10% equivalente a un ángulo de 5,71º.

c) Hasta 3 metros: 10% a 12% equivalente a un ángulo de 6,84º.

Para el diseño se considera el valor más crítico 6,84º. La Figura 2.4 muestra el diagrama

de cuerpo libre de la Superficie con Pendiente Ascendente.

Figura 2.4 Superficie Pendiente Ascendente

16

( )

( )( )

( )( )

( ) ( )( ) ( )( )

( ) ( )( )][23,1075

84,684,6cos*57.0* 1569,6

cos***

**cos***

)3.()4.(

)4.(cos**

cos*

0

0

)3.(***

**

0

0

NF

senF

sengmF

sengmgmF

ecec

ecgmN

WN

WN

WN

F

ecsengmNF

senWNF

WFF

WFF

F

c

c

Y

Y

Y

c

c

xr

xr

X

=°+°=

+=+=

→→=

==

=−=

→+=+=

+==+−

=

∑

∑

φφµφφµ

φφ

φµφµ


SUPERFICIE DESCENDENTE.

La Figura 2.5 muestra el diagrama de cuerpo libre de la Superficie con Pendiente

Descendente.

Figura 2.5 Superficie Pendiente Descendente

17

( )

( )( )

( )( )

( ) ( )( ) ( )( )

( ) ( )( )][36,701

84,684,6cos*57.0* 1569,6

cos***

**cos***

)3.()4.(

)4.(cos**

cos*

0

0

)3.(***

**

0

0

NF

senF

sengmF

sengmgmF

ecec

ecgmN

WN

WN

WN

F

ecsengmNF

senWNF

WFF

WFF

F

c

c

Y

Y

Y

c

c

xr

xr

X

=°−°=

−=−=

→→=

==

=−=

→−=−=

+==+−

=

∑

∑

φφµφφµ

φφ

φµφµ

2.1.4 DETERMINACIÓN DE LA POTENCIA DE LOS MOTORES.

Del análisis anterior se tiene que la peor condición corresponde al movimiento de la silla

de ruedas hacia delante, atrás, izquierda o derecha con pendiente ascendente, la fuerza

máxima es de 1075.03 [N] ó 109.58 kgf, considerando el accionamiento de los dos motores

o un motor según sea el caso.

Según los fabricantes de sillas de ruedas electrónicas el estándar de velocidad máxima se

encuentra en 2.45m/s (E-J,1995) [1].

Los motores para este proyecto son de corriente continua de 10 Amp y 12Vdc.

Potencia máxima=Velocidad máxima x Fuerza máxima.

Potencia máxima=2.45 m/s x 109.58kgf =268.47 watts.

Potencia del motor=V x I.

Potencia del motor=12Vdc x 10Amp =120 watts.

18

Se debe considerar un 10% de pérdidas que son causados por factores mecánicos de los

motores. Por lo tanto, la potencia efectiva máxima de cada motor es 110 watts y con esto

se procede a calcular la velocidad máxima de la silla de ruedas.

s/m 1kgf 109.58

watts110máxima Velocidad

máxima Fuerza

motor del máxima Potenciamáxima Velocidad

==

=

Con lo que se corrobora que los motores que se incluyen a la silla tienen la potencia

apropiada.

2.2 DISEÑO DEL SISTEMA ELÉCTRICO

Para la parte de potencia de la silla de ruedas se seleccionó una batería recargable de 12

Vdc 60Ah (Figura 2.6) y un Circuito troceador (Circuito de control) para los dos motores

de corriente continua de 12 Vdc 10 Amp con armadura y campo independientes. El

esquema general eléctrico se indica en la Figura 2.7.

Figura 2.6 Batería

19

Figura 2.7 Esquema Eléctrico

Para los valores de resistencia e inductancia, se toma los valores experimentales de la tesis

anterior, ya que se utiliza los mismos motores, siendo Ra=1.1 Ω y La = 4.28 mH (Figura

2.8 y Figura 2.9).

Figura 2.8 Esquema General Motor

20

Figura 2.9 Motor 12V, 10Amp

El control de los motores se realiza a través de un troceador reductor el cual permite la

conversión de voltaje de una fuente constante a otros niveles diferentes de voltaje. Este

troceador es de tipo A ya que actúa en el primer cuadrante, su corriente es unidireccional

y el voltaje es no reversible. En la Figura 2.10 se muestra las formas de onda del troceador

reductor.

Figura 2.10 Formas de Onda del Troceador-Reductor

21

La frecuencia de operación, se realiza a %5<∆I , donde el rizado máximo de corriente

que se da cuando 5.0=δ ; esto quiere decir que el tiempo en alto (a) es igual al tiempo en

bajo (b) con lo cual a=b y se calcula el periodo a rizado máximo donde:

I∆ =Rizado de Corriente.

E =Voltaje de la fuente.

Ra =Resistencia del motor.

La= Inductancia del motor.

T= Periodo.

( )

( )

−

−

−

Ω=∆

−

−

−

=∆

−

−

−

=∆

=

+==

Ω−

Ω−−

Ω−

−

−−−

−

−−

mHa

mHaT

mHa

La

Raa

La

RaaT

La

Raa

La

RaT

La

Rab

La

Raa

e

eeV

I

e

ee

Ra

EI

e

ee

Ra

EI

Ta

baT

ba

3.4

1.12

3.4

1.1

3.4

1.1

2

1

11

1.1

12

1

11

1

11

2

Para →=∆ %5I a=3.872→T=7.744 ms→ f=129Hz

22

2.3 SELECCIÓN DE LA BATERÍA

Para seleccionar la batería adecuada, se calcula la potencia efectiva de los motores donde:

Fma=1075.03 [N] ó 109.58 kgf. (Fuerza máxima).

Velocidad máxima=1m/s.

Pefmax=2xFmax Velocidad máxima.

Pefmax=2 x109.58 kgf, x1m/s.

Pefmax=219.16 watts.

Pefmax=V x consumoI

Con la potencia efectiva de los motores se calcula la corriente de consumo de los motores:

18.26A.12V

s.219.16watt.

V

Pefmax.I consumo ===

Según la norma INEN 1498, la batería se considera cargada cuando en sus bornes alcanza

el valor de 13,4V y se encuentra descargada cuando entre sus bornes alcanza 10.5V.

Considerando que el tiempo efectivo de movilización del usuario es de 2 horas por día,

con esto se calcula la capacidad de la batería.

C=I xT (norma INEN 1498)

C: Capacidad de la batería expresada en Ah.

I: Corriente de descarga expresada en Amperios.

T: Tiempo de descarga expresada en horas.

I= consumoI

C=18.26Amp x 2 horas

C=36.52Ah.

La batería seleccionada es de 12 V y 60Ah, con la cual se calcula el tiempo de descarga.

23

horas 28.318.26Amp

60Ah

I

CT ===

Con esto el usuario de la silla de ruedas podría movilizarse en forma continua 3.28 horas.

2.4 SELECCIÓN DEL MICROCONTROLADOR PIC

Para el circuito de control se seleccionó un microcontrolador PIC 16F877A (ver ANEXO

1), el cual es el cerebro total del control y un PIC 16F628A (ver ANEXO 2) que

interactúa con la tarjeta de reconocimiento de voz HM2007.

El microcontrolador PIC 16F877A realiza las siguientes funciones:

1. Permite conocer la posición en la que se encuentra la silla de ruedas, adelante,

atrás, izquierda o derecha.

2. Permite el modo de funcionamiento: Modo manual, Modo por voz o Modo de

Ajustes del Sistema.

3. Ejecuta la Rampa de Aceleración y Desaceleración tipo “S” a través de los

módulos PWM.

4. Realiza el control de los relés que permiten la inversión de giro de los motores.

5. Realiza el control por voz, interactuando con la tarjeta de reconocimiento de voz

HM2007 a través del PIC16F628A.

6. Permite conocer el estado de la batería, si se encuentra descargada.

7. Realiza la selección de velocidad y tiempo de la rampa a través del teclado,

LCD.

La distribución de pines del PIC16F877A se muestra en la Figura 2.11:

24

RA0/AN02

RA1/AN13

RA2/AN2/VREF-/CVREF4

RA4/T0CKI/C1OUT6

RA5/AN4/SS/C2OUT7

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP2 16

RC2/CCP1 17

RC3/SCK/SCL 18

RD0/PSP0 19

RD1/PSP1 20

RB7/PGD 40RB6/PGC 39

RB5 38RB4 37

RB3/PGM 36RB2 35RB1 34

RB0/INT 33

RD7/PSP7 30RD6/PSP6 29RD5/PSP5 28RD4/PSP4 27RD3/PSP3 22RD2/PSP2 21

RC7/RX/DT 26RC6/TX/CK 25

RC5/SDO 24RC4/SDI/SDA 23

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F877A

OSCILADOR 4 MHZOSILADOR 4 MHZ

DETECCION ADELANTEDETECCION ATRAS

DETECCION IZQUIERDADETECCION DERECHACOLUMNA 1 TECLADO

FILA 1 TECLADO

FILA 2 TECLADOFILA 3 TECLADOFILA 4 TECLADO

Reset

DETECCION DE BATERIA BAJAMODO AJUSTES DEL SISTEMAMODO CONTROL POR VOZCHICHARRADATO 3 TARJETA DE VOZDATO 2 TARJETA DE VOZDATO 1 TARJETA DE VOZDATO 0 TARJETA DE VOZ

RELE 1SALIDA PWM2 CONTROL M2SALIDA PWM1 CONTROL M1RELE 2RELE 3RELE 4COLUMNA 4 TECLADOINDICADOR

COLUMNA 2 TECLADOCOLUMNA 3 TECLADOE LCDRS LCDD4 LCDD5 LCDD6 LCDD7 LCD

Figura 2.11 Funciones Microcontrolador PIC16F877A

El microcontrolador PIC16F628A realiza las siguientes funciones:

1. Recibe los datos de la tarjeta HM2007 (Código BCD) y codifica.

2. Transmite los datos de las palabras identificadas hacia el PIC16F877A.

3. Detecta el estado de la batería, si se encuentra descargada.

La distribución de pines del PIC16F628A se muestra en la Figura 2.12.

RA7/OSC1/CLKIN16

RB0/INT 6

RB1/RX/DT 7

RB2/TX/CK 8

RB3/CCP1 9

RB4 10

RB5 11

RB6/T1OSO/T1CKI 12

RB7/T1OSI 13

RA0/AN0 17

RA1/AN1 18

RA2/AN2/VREF 1

RA3/AN3/CMP1 2

RA4/T0CKI/CMP2 3

RA6/OSC2/CLKOUT15

RA5/MCLR4

U1

PIC16F628A

DATO0 DATO1DATO2DATO3 DATO4

DATO6

DATO5

IN BATERIA BAJA

OUT BATERIA BAJAINDICADOR2_VOZA0 PIC MASTERA1 PIC MASTERA2 PIC MASTERA3 PIC MASTER

INDICADOR1_VOZ

Figura 2.12 Funciones Microcontrolador PIC16F628A

25

2.4.1 DISEÑO DEL CIRCUITO DE RESET Y OSCILADOR DEL

MICROCONTROLADOR PIC

El circuito de reset (Figura 2.13) sirve para reiniciar al microcontrolador PIC16F877A a su

estado inicial. Se debe tener cuidado que el microcontrolador no reciba más de 25 mA

como corriente de ingreso o salida por cualquiera de sus pines.

El microcontrolador PIC16F877A necesita un oscilador para su funcionamiento que se

conecta a GND con capacitores. El fabricante recomienda capacitores de 22 a 33 pF.

Para el resto de componentes se procede de la manera siguiente:

RA0/AN02

RA1/AN13


RA4/T0CKI/C1OUT6

RA5/AN4/SS/C2OUT7

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP2 16

RC2/CCP1 17

RC3/SCK/SCL 18

RD0/PSP0 19

RD1/PSP1 20


RB5 38RB4 37


RB0/INT 33




RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F877A

RMCLR

VDD4

X1

CRYSTAL4MHz

C1 C2

C3

Figura 2.13 Circuito Reset y Oscilador Microcontrolador PIC16F877A

Para la resistencia MCLRR el fabricante recomienda valores menores a 40KΩ. Se utiliza

MCLRR =5.6KΩ.

En la Figura 2.14 se indica el circuito diseñado.

26

RA0/AN02

RA1/AN13


RA4/T0CKI/C1OUT6

RA5/AN4/SS/C2OUT7

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP2 16

RC2/CCP1 17

RC3/SCK/SCL 18

RD0/PSP0 19

RD1/PSP1 20


RB5 38RB4 37


RB0/INT 33




RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F877A

RMCLR5k6

VDD4

X1

CRYSTAL4MHz

C122p

C222p

C31uF

Figura 2.14 Circuito Reset y Oscilador Microcontrolador PIC16F877A Diseñado

Se utiliza un capacitor de 1uF para eliminar los rebotes producidos por el pulsador.

Para el PIC16F628A se utiliza el oscilador interno RC que posee y no se usa el pín

“master reset”.

2.4.2 DISEÑO DEL CIRCUITO DETECTOR DEL ESTADO DE LA SILLA DE

RUEDAS.

Para determinar la posición de la silla de ruedas se utiliza pulsadores (Figura 2.15)

colocados estratégicamente dentro del joystick con el cual se selecciona el movimiento de

la silla de ruedas: adelante, atrás, izquierda y derecha.

La corriente de entrada que soporta el pin del microcontrolador PIC es de 25 mA entonces

para un pulsador tenemos que:

Ω=== 20025

54

mA

V

I

VR

PIC

DD

27

Esto quiere decir que la resistencia mínima a colocarse sería de 200Ω para estar al límite

de la capacidad que soporta el PIC pero no es aconsejable trabajar con los límites por lo

que se recomienda utilizar una resistencia de 1 KΩ a 10KΩ así el PIC estaría trabajando

con una corriente de entrada de 5mA a 0.5mA respectivamente.

Para el diseño se utiliza una resistencia de 5.6 KΩ en cada pulsador A0R = A1R = A2R = A3R

=5.6KΩ con lo que se tiene una corriente de 0.89mA la cual se encuentra dentro de los

límites dados anteriormente.

RA05k6

VDD4

PIC RA0

RA15k6

VDD4

PIC RA1

RA25k6

VDD4

PIC RA2

RA35k6

VDD4

PIC RA3

ADELANTEPULSADOR

ATRASPULSADOR

DERECHAPULSADOR

IZQUIERDAPULSADOR

Figura 2.15 Circuito Detector de Estado Diseñado

2.4.3 DISEÑO DELCIRCUITO DEL TECLADO Y LCD.

El circuito del teclado (Figura 2.16) posee cuatro entradas (columnas) y cuatro salidas

(filas) que ingresan y salen del microcontrolador PIC.

Con el teclado se ingresa la velocidad de crucero y se selecciona el tiempo de arranque y

frenado de la silla de ruedas.

Se utiliza el mismo valor de la resistencia para no sobrepasar los limites de corriente al

ingresar al microcontrolador PIC 16F877A 11C = 22C = 33C = 44C =5.6KΩ

28

1 2 3

654

8 9

=

7

++CON 0

A

B

C

D

1 2 43

PIC RA5

PIC RE0

PIC RE1

PIC RE2

C115k6

C225k6

C335k6

C445k6

VDD4

PIC RA4 PIC RD0 PIC RD1 PIC RC6

Figura 2.16 Diseño Teclado

El LCD (Figura 2.17) funciona en modo de 4 bits y utiliza 6 pines del microcontrolador

PIC 16F877A para su funcionamiento y sirve para visualizar todos los procesos y ajustes

del sistema.

D7

14D

613

D5

12D

411

D3

10D

29

D1

8D

07

E6

RW

5R

S4

VS

S1

VD

D2

VE

E3

LCD1LM016L

POT

10K

PIC RD3

PIC RD2 PIC RD7

PIC RD6

PIC RD5

PIC RD4

Figura 2.17 Diseño del circuito del LCD

En la Figura 2.18 se indica el módulo Teclado LCD.

29

Figura 2.18 Módulo Teclado LCD

2.4.4 CIRCUITO SELECTOR DEL MODO DE OPERACIÓN DE LA SILL A DE

RUEDAS

La silla de ruedas tiene tres modos de operación: modo Manual, modo Semiautomático o

control por Voz y modo de Selección de Parámetros del Sistema.

Para seleccionar cualquiera de estos modos se utiliza un selector de dos posiciones. Por

defecto se encuentra en modo Manual y en cualquiera de las dos posiciones se pasa a

modo Semiautomático o modo de Selección de Parámetros del Sistema. En la Figura 2.19

se indica el selector de operación.

30

VOZ5k6

PARAMETROS5k6

VDD4

VO

Z

PAR

AM

ET

RO

S

MA

NU

AL

SELECTOR

2 POSICIONES

PIC RB2 PIC RB1

Figura 2.19 Circuito Modo de Operación

Se utiliza el mismo valor de la resistencia para no sobrepasar los limites de corriente al

ingresar al microcontrolador PIC16F877A VOZ=PARAMETROS=5.6KΩ.

31

2.4.5 CIRCUITO DE CONTROL DE LOS MOTORES DE DC

El esquema General de Control que se utiliza para el control de los dos motores se indica

en la Figura 2.20.

BATERIA12v

Q2C3856

CONTROL

RELE1/3RELE2/4

RELE1/3RELE2/4

D1NTE5940

Figura 2.20 Esquema General de Control

Para el control del troceador de los dos motores se diseñó el siguiente circuito (Figura

2.21):

32

6

5

4

1

2

U1

OPTOCOUPLER-NPN

RPWMPIC

RBQ1 Q1TIP122

RQPWM Q2C3856

VDD1=12V

+88.8

NTE5940

+12v

RQ1RQ2

Figura 2.21 Circuito de Control

Los pines del PIC que generan los módulos PWMs son RC1 (CCP2) y RC2 (CCP1).

RPWM

PICPWM I

VR DV−=

Siendo PICV =5V, DV =1.5V y RPWMI =15mA (corriente menor a 25mA de salida del

microcontrolador PIC).

Ω== 33.23315mA

1.5V-5VRPWM

PWMR =270Ω

Por motivos prácticos se utiliza PWMR =330Ω.

Para la activación de los transistores se utiliza un opto transistor 4N25 (ver ANEXO3),

para aislar el circuito de potencia del circuito de control.

La corriente máxima que circula por Q2 es 10Amp ya que los motores son de 10Amp. Se

utiliza el transistor C3856 (ver ANEXO4) que soporta hasta 15Amp y 180V.

33

AIcQ 102 =

VQVCESAT 21=

VVBEQ 3.12 =

5.22 =Qβ

El valor de 2Qβ se obtuvo realizando pruebas con los transistores. Este valor es menor

comparado con el del fabricante (2Qβ =50). Esto se debe a que los elementos

semiconductores no son originales.

Para el cálculo de QPWMR (resistencia de corte y saturación del transistor Q2) se tiene:

Ω=

Ω=

−−=

−−=

=

−−=

−−=

++=

===

=

2.2

17.24

3.1212

1

Ib

.1

.1

.1

45.2

10IcIb

IbIc

21

Q2

21

21

21

2

Q2Q2

Q22Q2

QPWM

QPWM

QPWM

QPWM

QSATDDQPWM

QPWM

QSATDDQPWMQPWM

QSATDDQPWM

QRQPWMSATDD

Q

Q

R

RA

VVVR

IR

VBEQVCEVR

IR

VBEQVCEVxRIR

VBEQVCEVVR

VBEVQVCEV

AA

β

β

Para la potencia de QPWMR se tiene:

wattsPR

xAPR

xRIRPR

QPWM

QPWM

QPWMQPWMQPWM

35

2.24 2

2

=

Ω=

=

34

El criterio para calcular el valor 2QR (resistencia para reducir el tiempo de apagado del

transistor Q2) es:

10BASE

ARESISTENCI

II ≤

A partir de la expresión anterior se tiene:

Ω=

Ω≥

≥

=

−=−=

≥

≥

≤=

KR

RA

VxR

VVE

VVVCEVVE

Ib

xVER

IbVE

R

Ib

R

VEIR

Q

Q

Q

Q

QDDQ

Q

QQ

QQ

Q

Q

Q

QQ

150

254

1010

10

212

10

10

10

2

2

2

1

111

2

12

21

2

2

2

12

Por motivos prácticos se toma Ω= KRQ 1502 para reducir la corriente que circula por el

transistor Q1 cuando esta en saturación y así disminuir las pérdidas. Un valor de 25Ω es el

límite que garantiza que el transistor Q2 se apague. Para la potencia de 2QR se tiene:

mwatts

KxmAx

mA

K

VEQ

65.0PR

150066.0RIRPR

066.0IR

150

10

RIR

Q2

2Q2

2Q2Q2

Q2

Q2

1Q2

=

Ω==

=

Ω==

Para la segunda etapa se utiliza el transistor TIP122 Q1 (ver ANEXO5) que soporta hasta

5Amp y 100V.

35

5001 =Qβ (Valor obtenido realizando pruebas)

VoptoVCESAT 5.0=

VVBEQ 5.21 =

Para el cálculo de 1BQR (resistencia de corte y saturación del transistor Q1) se tiene:

Ω=

Ω=

−−=

−−=

=

−−=

−−=

++=

===

=

≈+=

+=

KR

KRmA

VVVR

IR

VBEoptoVCEVR

IR

VBEoptoVCEVxRIR

VBEoptoVCEVVR

VBEVRoptoVCEV

mAA

AmA

BQ

BQ

BQ

BQ

QSATDDBQ

BQ

QSATDDBQBQ

QSATDDBQ

QBQSATDD

Q

Q

1

12.198.7

5.25.012

.

Ib

.

.

.

98.7500

4IcIb

IbIc

4AIc

4066.0Ic

IbIRIc

1

1

1

1

111

Q11

1111

111

111

1

Q1Q1

Q11Q1

Q1

Q1

Q2Q2Q1

β

β

Para la potencia de 1BQR se tiene:

mwattsPR

KxmAPR

xRIRPR

BQ

BQ

BQBQBQ

68.63

198.7

1

21

12

11

=

Ω=

=

El criterio para calcular el valor 1QR (resistencia para reducir el tiempo de apagado del

transistor Q1) es:

36

Ω=

Ω≥

≥

=−=−=

≥

≥

≤=

MR

KRmA

VxR

VVE

VVVCEVVE

Ib

xVER

IbVE

R

Ib

R

VEIR

Q

Q

Q

OPTO

OPTODDOPTO

Q

OPTOQ

QOPTO

Q

Q

Q

OPTOQ

2.1

37.148

5.1110

5.11

5.012

10

10

10

1

1

1

11

11

1

1

1

11

Por motivos prácticos se toma Ω= MRQ 2.11 para reducir la corriente que circula por el

opto transistor cuando está en saturación y así disminuir las pérdidas. Un valor de

14.37KΩ es el límite que garantiza que el transistor Q1 se apague. Para la potencia de 1QR

se tiene:

mwattsPR

MxuAxRIRPR

uAIR

M

V

R

VEIR

Q

QQQ

Q

Q

OPTOQ

11.0

2.158.9

58.9

2.1

5.11

1

21

211

1

11

=

Ω==

=

Ω==

En la Figura 2.22 se indica el circuito de control diseñado.

37

6

5

4

1

2

U1

OPTOCOUPLER-NPN

RPWM

330RPIC

RBQ1

1K

Q1TIP122

RQPWM

2.2R

Q2C3856

VDD1=12V

+88.8

NTE5940

+12v

RQ11.2M RQ2

150k

Figura 2.22 Circuito de Control Diseñado.

El diodo en paralelo al motor es el NTE5940 (ver ANEXO6) que soporta hasta 15Amp y

sirve para que se disipe la energía de la bobina cuando el transistor Q2 esta en la región de

corte o apagado.

2.4.6 CIRCUITO DE CONTROL DE RELÉS PARA EL SENTIDO DE GI RO DE

LOS MOTORES

Para la inversión del sentido de giro de los motores se utiliza un puente H con relés

(Figura 2.23). No se utilizó mosfets ya que se utiliza una fuente de 12V y para su

activación se necesita elevados voltajes.

38

RELE1RELE2

RELE1RELE2

RELE3

RELE4

RELE3RELE4

Figura 2.23 Puente H de Relés Motores.

El control de cada relé (Figura 2.24) se lo realiza a través de los pines de salida del

microcontrolador PIC:

RC0 =RELE1, RC3 = RELE 2, RC4 = RELE 3, RC5 = RELE 4

39

6

5

4

1

2

OR1

OPTOCOUPLER-NPN

RELE1PIC

ROR1 2N3904Q1

VDD1=12V

R111

RELERLY-DPCO

D11N4001

Figura 2.24 Circuito de Control de Relés.

Siendo PICV =5V, DV =1.5V y RELEI =15mA (corriente menor a 25mA de salida del

microcontrolador PIC)

Ω==−

= 33.23315mA

1.5V-5V1

RELE

DPICELE

I

VVR

1ELER =270Ω

Por motivos prácticos se utiliza PWMR =330Ω.

Para la activación de los relés se utiliza transistores 2N3904 (ver ANEXO7), opto

transistores 4N25 (ver ANEXO 3) y relés KN110-2C-24A (ver ANEXO 8).

La corriente que consume la bobina de los relés es 150mA. A partir de esto se comienza

el diseño.

1QIc =150mA

30=β (2N3904)

40

Para el cálculo de 1ORR (resistencia de corte y saturación del transistor Q1 para activar la

bobina del relé) se tiene:

mAmAIc

Ib

IbIc

QQ

QQ

530

150

*

11

11

===

=

β

β

Ω=Ω=

−−=

−−=

−−=

−−=

−−=

++=

KR

KRmA

VVVR

Ib

VBEoptoVCEVR

VBEoptoVCEVxRIb

VBEoptoVCEVVR

VBEoptoVCEVVR

VBEVRoptoVCEV

OR

OR

OR

Q

QSATDDOR

QSATDDORQ

QSATDDOR

QSATDDOR

QORSATDD

2

110,25

95.05.012

1

1

1

1

111

1111

111

111

111

Para la potencia de 1QR se tiene que:

wattsPR

KxmAPR

xRIbPR

KR

KR

OR

OR

ORQOR

OR

OR

05.0

25

21

110,2

1

21

12

11

1

=Ω=

=

Ω=Ω=

El criterio para calcular el valor 111R (resistencia para reducir el tiempo de apagado del

transistor Q1) es:

41

Ω=Ω≥

≥

=−=−=

≥

≥

≤=

MR

KRmA

VxR

VVE

VVVCEVVE

Ib

xVER

IbVE

R

Ib

R

VEIR

OPTO

OPTODDOPTO

Q

OPTO

QOPTO

QOPTO

2.1

235

5.1110

5.11

5.012

10

10

10

1

111

111

11

1111

1

111

1

111111

Por motivos prácticos se toma Ω= MR 2.1111 para reducir la corriente que circula por el

opto transistor cuando esta en saturación y así disminuir las pérdidas. Una resistencia de

23KΩ garantiza que el transistor Q1 se apague. Para la potencia de 111R se tiene:

mwattsPR

MxuAxRIRPR

uAIR

M

V

R

VEIR OPTO

11.0

2.158.9

58.9

2.1

5.11

111

2111

2111111

111

111111

=Ω==

=Ω

==


42

6

5

4

1

2

OR1

OPTOCOUPLER-NPN

RELE1

330RPIC

ROR1

2K

2N3904Q1

VDD1=12V

R1112K

RELERLY-DPCO

D11N4001

Figura 2.25 Circuito de Control de Relés Diseñado.

2.4.7 CIRCUITO DETECTOR DE BATERÍA BAJA Y BATERÍA CARGAD A.

Según la norma INEN 1498, una batería se considera descargada cuando entre sus bornes

tiene 10.5V y se considera cargada cuando entre sus bornes mide 13.8V.

Para este diseño se diseñó un comparador (Figura 2.26) mediante el amplificador

operacional LM324 (ver ANEXO 9) que puede ser polarizado desde 3 a 36 voltios. Se

conecta al microcontrolador PIC a través del opto transistor.

3

21

411

U1:A

LM324

VDD

V+

V-Vout

Figura 2.26 Comparador de Voltaje.

Si V+>V- Vout=VDD

43

Si V+<V- Vout=GND

Para indicar batería baja el circuito comparador (Figura 2.27) detecta voltajes menores a

10.5V y avisa al microcontrolador PIC que la batería está descargada. Para acoplarse al

microcontrolador PIC se utiliza un opto transistor para aislar el circuito de control.

3

21

411

U1:A

LM324

VDD2=7.11V

ROP3

ROP4

ROP1

ROP2

VDD0=10.5V

ROPOUT6

5

4

1

2

BATERIA

VDD4=5V

RRB0

PIC RB0

V+

V-

Figura 2.27 Detector de Batería Baja.

Para el cálculo se tiene:

210 OPOPDD VRVRV +=

Si Ω== KRR OPOP 1021

0DDV =10.5V (Batería Baja)

VKK

KVx

RR

xRVV

OPOP

OPDD 25.51010

105.10

21

20 =Ω+Ω

Ω=+

=−

El valor límite para la detección es 5.25V cuando la batería se encuentra descargada. Para

calcular el valor de 3OPR (resistencia del divisor de voltaje) se tiene que V+ =5.25V, por

tanto:

44

43

42

OPOP

OPDD

RR

xRVV

+=+

Si Ω= KROP 564

2DDV =7.11V (Valor medido)

( ) ( )( )

( )( )( )

( )( )

Ω=Ω=

−Ω=

++−

=

++−

=

+−=+

+=+

KR

KRV

VVxKR

V

VVxRR

V

VRxRVR

VRxRVVxR

RR

xRVV

OP

OP

OP

DDOPOP

OPOPDDOP

OPOPDDOP

OPOP

OPDD

20

84.1925.5

25.511.756

3

3

3

243

4423

4423

43

42

Para calcular el valor de OPOUTR (resistencia de activación del opto transistor) se tiene:

OPTOI =15mA

2DDV =7.11V

Ω=

Ω===

470

47415

11.72

OPOUT

opto

DDOPOUT

R

mA

V

I

VR

Para llegar al microcontrolador PIC se utiliza 0RBR =5.6KΩ para no sobrepasar la

corriente de 25mA que ingresa al pín Detección de Batería Baja (RB0) del PIC16F628A.


45

3

21

411

U1:A

LM324

VDD2=7.11V

ROP320k

ROP456k

ROP110k

ROP210k

VDD0=10.5V

ROPOUT

470

6

5

4

1

2

BATERIA

VDD4=5V

RRB05.6k

PIC RB0

V+

V-

Figura 2.28 Detector de Batería Baja Diseñado.

Para cargar la batería se toma un tiempo estimado de 8 a 10 horas, tiempo en el que el

usuario descansa. Para esto se implementó el circuito de la Figura 2.29.

TR1

TRAN-2P3S

1N5408

1N5408

1N5408

1N5408

1N5408

1N5408

6800u 6800u110VACBATERIA

R1

2.2/20w

Figura 2.29 Cargador de Batería

Para indicar batería cargada el circuito comparador (Figura 2.30) detecta voltajes mayores

a 13.8V y el indicador luminoso que se encuentra en el joystick se apaga.

46

3

21

411

U1:A

LM324

VDD2=7.11V

ROP3

ROP4

ROP1

ROP2

VDD0=13.8V

ROPOUT

V+

V-

D1

LED

Figura 2.30 Detector de Batería Cargada.

Para el cálculo se tiene:

210 OPROPDD VRVV +=

Si Ω== KRR OPOP 1021

0DDV =13.8V (Batería Cargada)

VKK

KVx

RR

xRVV

OPOP

OPDD 9.61010

108.13

21

20 =Ω+Ω

Ω=+

=−

El valor límite para la detección es 6.9V. Para calcular el valor de 3OPR (resistencia del

divisor de voltaje) se tiene que V+ =6.9V, por tanto:

43

42

OPOP

OPDD

RR

xRVV

+=+

Si Ω= KROP 2204

2DDV =7.11V (Valor medido)

47

( ) ( )( )

( )( )( )

( )( )

Ω=Ω=

−Ω=

++−=

++−=

+−=++

=+

KR

KRV

VVxKR

V

VVxRR

V

VRxRVR

VRxRVVxR

RR

xRVV

OP

OP

OP

DDOPOP

OPOPDDOP

OPOPDDOP

OPOP

OPDD

8.6

69.69.6

9.611.7220

3

3

3

243

4423

4323

43

42

Para calcular el valor de OPOUTR (resistencia de activación del led indicador) se tiene:

ledI =15mA

2DDV =7.11V

Ω=

Ω===

470

47415

11.72

OPOUT

led

DDOPOUT

R

mA

V

I

VR

El circuito diseñado se muestra en la Figura 2.31

3

21

411

U1:A

LM324

VDD2=7.11V

ROP36.8k

ROP4220k

ROP110k

ROP210k

VDD0=13.8V

ROPOUT

470

V+

V-

D1

LED

Figura 2.31 Detector de Batería Cargada Diseñado.

48

2.5 PROGRAMACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DEL SUBSISTEMA

DE RECONOCIMIENTO DE VOZ

La acción de reconocimiento de voz se realiza con el circuito integrado HM2007 (ver

ANEXO 10), el cual permite reconocer 40 palabras de 0.96 segundos ó 20 palabras de

1.92 segundos de longitud. Las tarjetas de Reconocimiento de Voz se muestran en la

Figura 2.32.

Figura 2.32 Tarjetas de Reconocimiento de Voz.

2.5.1 HARDWARE DEL SISTEMA DE RECONOCIMIENTO DE VOZ.

El circuito del sistema de reconocimiento de voz se muestra en la Figura 2.33

49

Figura 2.33 Hardware del sistema de reconocimiento de voz.

El circuito integrado HM2007 necesita una memoria SRAM HM6264 (ANEXO 11)

externa donde almacena la información de cada una de las palabras.

El almacenamiento de las palabras se las realiza por medio del teclado y se pueden

almacenar ya sea 40 o 20 palabras según sea el caso.

La palabra se graba a través de un micrófono. El circuito HM2007 la almacena en la

memoria SRAM externa y el circuito integrado 74LS373 (ver ANEXO 12) latch envía la

50

palabra a través del circuito integrado decodificador a siete segmentos 74LS7448 (ver

ANEXO 13), para que las palabras grabadas no se borren la memoria SRAM está

alimentada por una pila de litio de 3V.

2.5.2 PROGRAMACION DEL CIRCUITO INTEGRADO HM2007.

Para empezar a programar el circuito integrado HM2007 se debe elegir el modo de

operación del tamaño de las palabras, sí se quiere palabras de longitud de 0.96 segundos o

de 1.92 segundos. Esto se consigue quitando o agregando un jumper que se encuentra en

la board del circuito HM2007:

JUMPER=ON 20 Palabras de longitud 1.92 s.

JUMPER=OFF 40 Palabras de longitud 0.96 s.

El orden de las palabras a grabar son ingresadas por teclado, y se muestran en los dos

displays. Se elige un número para cada palabra a grabar, el indicador de grabación se

apaga, se presiona la tecla TRN y se graba la palabra.

Los errores que se presentan en el Hm2007 y son mostrados en sus displays son:

55= Palabra Larga.

66= Palabra Corta.

77= Palabra no Encontrada.

Para borrar una palabra se ingresa el número de la palabra a borrar y se presiona la tecla

CLR.

Si se quiere borrar toda la información grabada en la memoria se ingresa el número 99.

Aparece en los displays el numero 19 en ese momento se debe presionar la tecla CLR.

El teclado del sistema de reconocimiento de voz se muestra en la Figura 2.34

51

Figura 2.34 Teclado HM2007.

2.5.3 IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE RECONOCIMIENTO DE VOZ

HM2007 CON EL MICROCONTROLADOR PIC16F628A.

Para la implementación del sistema de reconocimiento de voz con el microcontrolador

PIC16F628A, se utiliza el puerto BCD de los displays del HM2007 y se acopla al

microcontrolador PIC16F628A a través de transistores, que detectan el estado de lógico de

cada palabra procesada.

En el microcontrolador PIC16F628A se utilizan siete pines para el reconocimiento de cada

palabra: Dato0 (RA0), Dato1 (RA1), Dato2 (RA2), Dato3 (RA3), Dato4 (RA4), Dato5

(RA5), Dato6 (RA6), mientras que en el HM2007 se utiliza los siete bits que corresponden

a los decodificadores 74LS7448 a 7 segmentos provenientes del Latch 74LS373.

El microcontrolador PIC16F628A se comunica con el PIC master 16F877A a través de los

pines: A0 PIC MASTER (RB4), A1 PIC MASTER (RB5), A2 PIC MASTER (RB6), A4

PIC MASTER (RB7).

El microcontrolador PIC16F877A se comunica con el PIC master 16F628A a través de los

pines: DATO3 TARJETA DE VOZ (RB4), DATO2 TARJETA DE VOZ (RB5), DATO1

TARJETA DE VOZ (RB6), DATO0 TARJETA DE VOZ (RB7).

52

Los datos provenientes del Latch se encuentran en código BCD los cuales son codificados

mediante el PIC16F628A para luego ser enviados hacia el PIC master el cual realiza la

respectiva acción de control.

Se implementó un circuito (Figura 2.35) que da un aviso de que la palabra fue pronunciada

correctamente.

30=β 2N3904

mAICBOCINA 120=

Ω=

Ω=−=−=

===

KR

mA

VV

IR

VBEVPicR

mAmAIC

IR

BOCINA

BOCINA

NBOCINA

BOCINABOCINA

1

5.10124

95.05

430

120

39042

β

Q12N3904

RBOCINA

1kPic RB3

LS1

BOCINA

VDD1=12V

Figura 2.35 Circuito Bocina Diseñado.

53

2.6 DISEÑO DE LAS FUENTES DE PODER

La principal fuente de alimentación es la batería de 12 V, 60 Ah, que sirve para el

accionamiento de los motores de DC y el circuito de control.

El circuito de control, al estar constituido por un microcontrolador PIC para el control de

velocidad y elementos TTL para el control por voz, necesita un voltaje de alimentación de

5V.

Se diseñaron dos fuentes de 7.5V independientes para los dos circuitos de control, para el

control de velocidad y el circuito de control por voz.

Para el circuito de detección de batería baja, se utiliza la misma fuente de 7.5V del

circuito de control por voz.

2.6.1 DISEÑO DE LAS FUENTES REGULADAS DE 7,5 VOLTIOS

Se diseñó dos fuentes de 7,5V (Figura 2.36) a partir de un consumo de corriente

aproximado de 600mA. Dado que estas fuentes serán utilizadas para a su vez obtener la

fuente de 5V para los microcontroladores PIC y la tarjeta de reconocimiento de voz

HM2007. Para la fuente de 5V se utiliza el circuito integrado LM7805 para el cual se

necesita que el voltaje en la entrada sea mayor en 2V; es decir 7V, entonces por seguridad

se escoge 7,5V.

54

F1L

C1

VI3 VO 2

AD

J1

U1LM317L

C2

R1

R2BATERIA12V60 Ah

VI3 VO 2

AD

J1

U2LM317L

C3

R3

R4

SWI

VDD1

VDD2

VDD3

VDD0

D1 1N4001

D2 1N4001

Figura 2.36 Fuentes Reguladas a 7.5V

Se diseñó un filtro LC a la entrada de las fuentes reguladas, para eliminar transitorios

generados en el accionamiento de los motores. Los valores de L y C son experimentales,

L=100mH y C=3300uF.

El fusible F1 se escoge de 1 Amp, para limitar el consumo desde las dos fuentes.

Para el diseño se utiliza el circuito integrado LM317 (ver ANEXO 14), que es una fuente

regulada variable de 1.2 V a 37V y una corriente de salida máxima de 1,5Amp. Según el

fabricante se tiene:

55

21

22 1 IadjR

R

RVV REFDD +

+=

1.25V=REFV

7.5V2 =DDV

Iadj=50uA (Dado por el fabricante)

21

2 50125.15.7 uARR

RVV +

+=

Para el cálculo de las resistencias se tiene:

Si Ω= KR 6.51

Ω=Ω=

=

=+=

+Ω

=

+Ω

=−

+Ω

=−

+

Ω+=

KR

KRuA

VR

uARv

uARuARv

uARK

RVv

uARK

RVvV

uARK

RVvV

uARK

RVV

22

87.2221.273

25.6

21.27325.6

5021.22325.6

506.5

25.125.6

506.5

25.125.15.7

506.5

25.125.15.7

506.5

125.15.7

2

2

2

2

22

22

22

22

22

Para el cálculo del capacitor se tiene:

C2=1uF dado por el fabricante.

2DDV = 3DDV =7.5V

56

Ω=Ω=

==

KR

KR

RR

RR

22

6.5

4

3

42

31

En la Figura 2.37 se muestra la fuente Regulada de 7,5V diseñada.

F1

1A

L

100mH

C1

3300uF

VI3 VO 2A

DJ

1

U1LM317L

C21uF

R15k6

R222k

BATERIA12V60 Ah

VI3 VO 2

AD

J1

U2LM317L

C31uF

R35k6

R422k

SWI

VDD1

VDD2

VDD3

VDD0

D1 1N4001

D2 1N4001

Figura 2.37 Fuentes Reguladas de 7.5V Diseñadas.

57

2.6.2 DISEÑO DE LAS FUENTES REGULADAS DE 5 VOLTIOS

El circuito integrado LM7805 (ver ANEXO 15) es un regulador a 5V y una corriente de

salida máxima de 1Amp (Figura 2.38).

VDD2 VI1 VO 3G

ND

2

U37805

C4

VDD4

D1

1N4001

Figura 2.38 Fuente Regulada a 5V

Según el fabricante recomienda C4=0.1uF a la salida del LM7805. En la Figura 2.39 se

muestra el circuito diseñado.

F1

1A

L

100mH

C1

3300uF

VI3 VO 2

AD

J1

U1LM317L

C21uF

R15k6

R222k

BATERIA12V60 Ah

VI3 VO 2

AD

J1

U2LM317L

C31uF

R35k6

R422k

SWI

VDD1

VD

D2

VDD3

VDD0

D1 1N4001

D2 1N4001

VI1 VO 3

GN

D2

U37805

C4

VDD4

D1

1N4001

Figura 2.39 Fuente Regulada a 5V Diseñada

58

En este Capítulo se han diseñado todos los circuitos implementados en el sistema, tomando

en cuenta para el diseño elementos disponibles en el mercado ecuatoriano.

59

CAPÍTULO 3

DISEÑO DEL SOFTWARE DE CONTROL

En este capítulo se detallan sobre el desarrollo del programa para los Microcontroladores

PIC16F877A y PIC16F628A, que son Controladores Integrados Programables, los cuales

poseen muchas ventajas frente a otros dispositivos convencionales: son de fácil

programación, mayor exactitud, gran capacidad de procesamiento, entre las principales

características.

El Controlador Integrado Programable PIC16F877A fue programado para que realice

todas las acciones de control como son: la generación de las dos rampas tipo “S” para la

aceleración y desaceleración, control de sentido de giro de los motores, selección de la

velocidad de crucero de 0 a 1 m/s y el tiempo que controla la pendiente de las rampas de 1

a 9 segundos, selección del modo de funcionamiento: modo Manual, modo

Semiautomático, modo Selección de Parámetros del Sistema y visualización de cada uno

de los eventos en los cuales se encuentra la silla de ruedas, entre otras que serán

explicadas más adelante.

El Controlador Integrado Programable PIC16F628A fue programado para que realice la

codificación de las palabras dadas por el circuito integrado HM2007 y envíe las palabras

correctas hacia el PIC master.

3.1 CONTROLADOR INTEGRADO PROGRAMABLE PIC

En la Figura 3.1 y la Figura 3.2 se muestra la distribución de pines de cada

microcontrolador PIC.

60

Figura 3.1 PIC 16F877A

Figura 3.2 PIC 16F628A

Los microcontroladores PIC de la familia 16FXX poseen un sin número de recursos y

dispositivos periféricos, entre los principales se puede citar:

RECURSOS FUNDAMENTALES

• Procesador de arquitectura RISC Avanzada.

• Poseen fuentes de interrupción internas y externas.

• Modos de direccionamiento directo, indirecto y relativo.

• Perro Guardián (WDT).

• Modo SLEEP de bajo Consumo

• Hasta 8Kbytes palabras de 14 bits para la memoria de Código, tipo FLASH

(PIC16F877A) y hasta 2Kbytes palabras de 12 bits (PIC16F628A).

61

• Hasta 368 bytes de memoria de Datos RAM (PIC16F877A) y hasta 224 bytes

(PIC16F628A).

• Hasta 256 bytes de memoria de datos EEPROM (PIC16F877A) y hasta 128 bytes

(PIC16F628A).

• Cogido de protección programable.

• 35 instrucciones para la programación y se ejecutan en un ciclo de maquina.

• Voltaje de alimentación entre 2 y 5.5V

• Bajo consumo.

DISPOSITIVOS PERIFÉRICOS.

• TIMER 0: Contador /Temporizador de 8 bits con predivisor de 8 bits.

• TIMER 1: Contador /Temporizador de 16 bits con predivisor.

• TIMER 2: Contador /Temporizador de 8 bits con predivisor y postdivisor.

• Módulos de Captura/Comparación/PWM.

• Conversor A/D.

• Puerto Serie Sincrónico (SSP) con SPI e I2C.

• USART.

• Puerta paralela Esclava (PSP).

3.2 RAMPA TIPO “S”

La rampa tipo “S” permite realizar un arranque y frenado suave, que para el caso de las

silla es fundamental para sustituir a las rampas lineales convencionales.

Para realizar la rampa tipo “S” se utiliza una función cosenoidal dada por el software

PIC BASIC (Figura 3.3) que da el coseno en 8 bits. El resultado está dado en forma de

dos complementos -127 a 127.

62

Esta función “cos” utiliza una tabla de un cuarto de onda para encontrar el resultado. El

coseno comienza con un valor en radianes binarios de 0 a 255 en vez de los 0 a 359

Grados.

Figura 3.3 Función “cos” PIC BASIC

Para este diseño se utiliza la siguiente función (Figura 3.4):

A

DATOCOSY

127)( +=

A: Factor para variar la amplitud de la función (Figura 3.5).

Figura 3.4 Función Implementada

63

Figura 3.5 Amplitudes de Función Implementada Factor A

Para la rampa tipo “S” de aceleración (Figura 3.6) se toma el periodo desde DATO =128

hasta DATO=255.

Figura 3.6 Rampa de Aceleración

Para la rampa tipo “S” de desaceleración (Figura 3.7) se toma el periodo desde DATO =0

hasta DATO=127.

Figura 3.7 Rampa de Desaceleración

64

3.3 ACTIVACION DE LOS MOTORES

Los motores son controlados por 4 relés (Figura 3.8), que realizan la inversión de giro y

son accionados por el microcontrolador PIC16F877A (Tabla 3.1).

RELE1RELE2

RELE1RELE2

RELE3

RELE4

RELE3RELE4

Figura 3.8 Puente H de Relés

Los pines para el control de los relés son:

• RC0= RELE1

• RC3=RELE2

• RC4=RELE3

• RC5=RELE4

RELE1 RELE2 RELE3 RELE4 MOTOR1 MOTOR2 MOVIMIENTO

ON OFF ON OFF ON ON ADELANTE

OFF ON OFF ON ON ON ATRAS

65

OFF OFF ON OFF OFF ON IZQUIERDA

ON OFF OFF OFF ON OFF DERECHA

Tabla 3.1 Activación Motores

3.4 CODIFICACIÓN DE LAS PALABRAS

Las palabras son enviadas desde el circuito integrado HM2007 en forma de dos números

BCD. El microcontrolador PIC16F628A codifica los 7 bits y envía las palabras

reconocidas a 4 bits al microcontrolador PIC16F877A (Tabla 3.2).

PALABRA

HM2007

PIC 16F628A

PIC 16F877A

MOVIMIENTO

SILLA

PARAR 01 BCD 01 BCD 0001b 0001b PARADA

ADELANTE 02 BCD 02 BCD 0010b 0010b ADELANTE

ATRAS 03 BCD 03 BCD 0011b 0011b ATRAS

DERECHA 04 BCD 04 BCD 0100b 0100b DERECHA

IZQUIERDA 08 BCD 08 BCD 1000b 1000b IZQUIERDA

Tabla 3.2 Códigos Control por Voz

66

3.5 PROGRAMACIÓN GENERAL

3.5.1 LÓGICA DE FUNCIONAMIENTO DEL MICROCONTROLADOR PIC

16F877A

La lógica de funcionamiento (Figura 3.9) da la idea general de cómo funciona el sistema en

su totalidad.

INICIO

CONFIGURAR REGISTROS Y PINES DE CONTROL

SELECCIONAR MODO DE OPERACION

MODO MANUAL MODO SEMIAUTOMATICO

MODO SELECCIÓN DE PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO

FIN

BATERIA BAJA

NO

MENSAJE DE BATERIA BAJA

SI

MODO SEMIAUTOMATICO

MODO AJUSTES

MODO MANUAL

SI SI SI

NONO

NO

MENSAJE INICIAL

Figura 3.9 Secuencia general del programa de control PIC16F877A

67

La estructura del algoritmo para lograr las tareas indicadas anteriormente se describen a

continuación en lenguaje estructurado.


Etiquetar Pines.

Configurar Registros Auxiliares.

Configurar Registros Principales.

Configurar Puertos.

Configurar LCD a 4 bits.

Configurar PWM.

FIN TAREA

MENSAJE INICIAL

Mostrar en el LCD:

“ESCUELA POLITECNICA NACIONAL”

“ING ELECTRONICA Y CONTROL”

“ING HENRY PATRICIO CHANGO ALVAREZ”

“ING ROBERTO CARLOS TOCTAGUANO TIPAN”

“SILLA DE RUEDAS CONTROLADA POR VOZ Y JOYSTICK”

FIN TAREA

MENSAJE BATERÍA BAJA.

Si Batería Baja esta Activo.

Mostrar en el LCD:

“BATERIA BAJA POR FAVOR”

“APAGUE EL SISTEMA”

FIN TAREA

MODO MANUAL

Si Modo Manual está activo.

Activar subrutina SONIDO

Mostrar en el LCD “MODO MANUAL”.

Activar subrutina ESPERA MANDO.

Si Modo Adelante está activo.

Mostrar en el LCD “SILLA ADELANTE”.

Activar Subrutina RELES ADELANTE.

Activar Subrutina PWM12 para generar la Rampa tipo “S” de aceleración.

Si Modo Atrás está activo.

Mostrar en el LCD “SILLA ATRÁS”.

68

Activar Subrutina RELES ATRÁS.


Si Modo Derecha está activo.

Mostrar en el LCD “SILLA DERECHA”.

Activar Subrutina RELES DERECHA.

Activar Subrutina PWM DERECHA para generar la Rampa tipo “S” de

aceleración.

Si Modo Izquierda está activo.

Mostrar en el LCD “SILLA IZQUIERDA”.

Activar Subrutina RELES IZQUIERDA.

Activar Subrutina PWM IZQUIERDA para generar la Rampa tipo “S” de

aceleración.

Si Modo Parar está activo.

Si Modo Adelante y Atrás fue activado.

Activar Subrutina DRAMPA12 para generar la Rampa tipo “S” de

desaceleración.

Activar Subrutina RELES APAGADOS.

Mostrar en el LCD “SILLA PARADA”.

Si Modo Derecha fue activado.

Activar Subrutina DPWM DERECHA para generar la Rampa tipo “S”

de desaceleración.



Si Modo Izquierda fue activado.

Activar Subrutina DPWM IZQUIERDA para generar la Rampa tipo “S”

de desaceleración.



FIN TAREA

A continuación en la Figura 3.11 da la idea general de cómo funciona el modo Manual.

69

MODO MANUAL

MODO ADELANTE

SI

NO

MODO ATRÁS

SI

NO

MODO DERECHA

MODO IZQUIERDA

NO

SINO

SI MODO PARAR

RELÉS ADELANTE

RELÉS ATRAS

RELÉS DERECHA

VOLVER

RELÉS IZQUIERDA

VERIFICAR ESTADO ANTERIOR

GENERAR RAMPA PM12


GENERAR RAMPA PWM DERECHA


GENERAR RAMPA PWM IZQUIERDA

SONIDO

ESPERA MANDO

Figura 3.11 Modo Manual

A continuación en la Figura 3.12 da la idea general de cómo funciona el modo Parar del

modo manual.

70

MODO PARAR

ESTADO ANTERIOR ADELANTE Ó ATRÁS

SI

NO

ESTADO ANTERIOR DERECHA

SI

NO

ESTADO ANTERIOR IZQUIERDA

NO

SI

VOLVER

RELÉS APAGADOS

GENERAR RAMPA DE DESACELERACIÓN

DRAMPA12

GENERAR RAMPA DE

DESACELERACION DPWM DERECHA

GENERAR RAMPA DE

DESACELERACION DPWM IZQUIERDA

Figura 3.12 Modo Parar.

MODO SEMIAUTOMÁTICO

Si Modo Semiautomático está activo


Mostrar en el LCD “CONTROL POR VOZ”

Activar subrutina ESPERA MANDO.

Si la palabra “ADELANTE” está activa.


Si el estado anterior es Atrás

71

Activar Subrutina DRAMPA12 para generar la Rampa tipo “S”

de desaceleración.


Si el estado anterior es Izquierda

Activar Subrutina DPWM IZQUIERDA para generar la

Rampa tipo “S” de desaceleración.


Si el estado anterior es Derecha

Activar Subrutina DPWM DERECHA para generar la Rampa

tipo “S” de desaceleración.


Mostrar en el LCD “SILLA ADELANTE”.

Activar Subrutina RELES ADELANTE


Si la palabra “ATRÁS” está activa.


Si el estado anterior es Adelante.


de desaceleración.





Activar Subrutina RELES APAGADOS

Si el estado anterior es Derecha




Mostrar en el LCD “SILLA ATRÁS”.

Activar Subrutina RELES ATRÁS.


Si la palabra “DERECHA” está activa.


Si el estado anterior es Adelante o Atrás.

Activar Subrutina DRAMPA12 para generar la Rampa tipo

“S” de desaceleración.





72


Mostrar en el LCD “SILLA DERECHA”.

Activar Subrutina RELES DERECHA.

Activar Subrutina PWM DERECHA para generar la Rampa tipo “S” de

aceleración.

Si la palabra “IZQUIERDA” está activa.


Si el estado anterior es Adelante o Atrás.

Activar Subrutina DRAMPA12 para generar la Rampa tipo

“S” de desaceleración.


Si el estado anterior es Derecha.

Activar Subrutina DPWM DERECHA para generar la



Mostrar en el LCD “SILLA IZQUIERDA”.

Activar Subrutina RELES IZQUIERDA

Activar Subrutina PWM IZQUIERDA para generar la Rampa tipo “S” de

aceleración.

Si la palabra “PARAR” está activa.


Si el estado anterior es Adelante y Atrás.


de desaceleración.



Si el estado anterior es Derecha.





Si el estado anterior es Izquierda.





FIN TAREA

73

A continuación en la Figura 3.13 y la Figura 3.14 da la idea general de cómo funciona el

modo Semiautomático.

Figura 3.13 Modo Semiautomático

74

Figura 3.14 Modo Semiautomático

75

MODO SELECCIÓN DE PARÁMETROS DEL SISTEMA

Si Modo Selección de Parámetros está activo


Mostrar en el LCD “PARAMETROS DEL SISTEMA”

Activar subrutina ESPERA MANDO

Activar subrutina TECLADO para ingresar el valor de la velocidad de crucero.

Activar subrutina TECLADO para ingresar el tiempo de las rampas de aceleración y

desaceleración.

FIN TAREA

A continuación en la Figura 3.15 da la idea general de cómo funciona el modo Selección

de Parámetros de Funcionamiento.

Figura 3.15 Modo Selección de Parámetros de Funcionamiento

76

Subrutina ESPERA MANDO

Activar subrutina RELES APAGADOS

Activar subrutina STOP PWMS

FIN TAREA

Subrutina PWM12

Cargar valor inicial 128 en DATO.

Generar la rampa tipo “S” con la función Y de aceleración.

Cargar el valor de Y en los registros CCPR1L y CCPR2L

Incrementar el DATO de la rampa y esperar tiempo.

FIN TAREA

A continuación en la Figura 3.16 da la idea general de la Subrutina PWM12.

Figura 3.16 Subrutina PWM12

77

Subrutina PWM DERECHA



Cargar el valor de Y en el registro CCPR1L.


FIN TAREA

A continuación en la Figura 3.17 da la idea general de la Subrutina PWM DERECHA.

Figura 3.17 Subrutina PWM DERECHA

78

Subrutina PWM IZQUIERDA





FIN TAREA

A continuación en la Figura 3.18 da la idea general de la Subrutina PWM IZQUIERDA.

Figura 3.18 Subrutina PWM IZQUIERDA

79

Subrutina DRAMPA12


Generar la rampa tipo “S” con la función Y de desaceleración.

Cargar el valor de Y en los registros CCPR1L y CCPR2L.


FIN TAREA

A continuación en la Figura 3.19 da la idea general de la Subrutina DRAMPA12.

SUBRUTINA

DRAMPA12

CARGAR VALOR INICIAL PARA LA

RAMPADATO=0

GENERAR RAMPA “S” DEDESACELERACIÓN

TERMINAR RAMPA

SI

NO

RETURN

CARGAR EL VALOR Y EN CCPR1L Y CCPR2L

INCREMENTAR DATO

ESPERAR TIEMPO

Figura 3.19 Subrutina DRAMPA12

80

Subrutina DPWM DERECHA





FIN TAREA

A continuación en la Figura 3.20 da la idea general de la Subrutina DPWM DERECHA.

SUBRUTINA

DPWM DERECHA


RAMPADATO=0


TERMINAR RAMPA

SI

NO

RETURN

CARGAR EL VALOR Y EN CCPR1L

INCREMENTAR DATO

ESPERAR TIEMPO

Figura 3.20 Subrutina DPWM DERECHA

81

Subrutina DPWM IZQUIERDA



FIN TAREA

A continuación en la Figura 3.21 da la idea general de la Subrutina DPWM IZQUIERDA.

SUBRUTINA

DPWM IZQUIERDA


RAMPADATO=0


TERMINAR RAMPA

SI

NO

RETURN

CARGAR EL VALOR Y EN CCPR2L

INCREMENTAR DATO

ESPERAR TIEMPO

Figura 3.21 Subrutina DPWM IZQUIERDA

82

Subrutina RELES APAGADOS

Apagar RELE1, RELE2, RELE3, RELE4.

FIN TAREA

Subrutina RELES ADELANTE

Activar RELE1 y RELE3.

Apagar RELE2 y RELE4.

FIN TAREA

Subrutina RELES ATRAS



FIN TAREA

Subrutina RELES DERECHA



FIN TAREA

Subrutina RELES IZQUIERDA



FIN TAREA

Subrutina SONIDO

Activar BOCINA.

FIN TAREA

Subrutina STOP PWMS

Cargar el valor de 0 en el registro CCPR1L

Cargar el valor de 0 en el registro CCPR2L

FIN TAREA

Subrutina TECLADO

Activar FILA4

Apagar FILA1, FILA2 y FILA3

Si COLUMNA1 está inactiva

Tecla presionada es 1



83




Tecla presionada es A

Activar FILA1









Tecla presionada es B

Activar FILA2









Tecla presionada es C

Activar FILA3



Tecla presionada es ESC




Tecla presionada es ←


Tecla presionada es D

FIN TAREA

A continuación, para aquellas tareas que requieren más detalles se procede a ampliar su

descripción.

84

3.5.2.1 Configuración de registros y pines de control

Etiquetado de Pines

El etiquetado se realiza para facilitar la identificación de los pines de los puertos y se tiene:

RB1= MVOZ: Selección del modo Semiautomático CONTROL POR VOZ

RB2= MAJUSTES: Selección del modo SELECCIÖN DE PARAMETROS DEL

SISTEMA.

RA0= M_ADELANTE: Pulsador adelante joystick

RA1= M_ATRAS: Pulsador atrás joystick.

RA3= M_DERECHA: Pulsador derecha joystick.

RA2= M_IZQUIERDA: Pulsador izquierda joystick.

RB7= A0: BIT 0 Palabra Control por Voz.




RB0= BATERIA: Indicador de batería baja.

RA5= FILA1: Fila1.

RE0= FILA2: Fila2.

RE1= FILA3: Fila3.

RE1= FILA4: Fila4

RA4= COL1 Columna1.

RD0= COL2: Columna2.

RD1= COL3: Columna3.

RC6= COL4: Columna4.

RC0= RELAY1: Rele1.

RELAY2= RC3: Rele2.

RC4= RELAY3: Rele3.

RC5= RELAY4: Rele1.

RB3= BOCINA: Bocina.

RC7= INDICADOR: Indicador Luminoso

85

Configuración de Registros Auxiliares

La configuración de registros Auxiliares se realiza para facilitar la lógica de programación

y se tiene:

Y: Función cosenoidal de la rampa tipo “S”.

DATO: Dato que realiza la rampa tipo “S”.

TECLA: Datos ingresados por teclado.

TIEMPOD: Tiempo entre cada incremento del módulo PWM.

DADELANTE: Variable para verificar el estado anterior Adelante.

DATRAS: Variable para verificar el estado anterior Atrás.

DDERECHA: Variable para verificar el estado anterior Derecha.

DIZQUIERDA: Variable para verificar el estado anterior Izquierda.

VELOCIDAD: Variable para el ingreso de la velocidad de crucero.

VELOCIDAD1: Variable para el ingreso de la velocidad de crucero.

VELOCIDAD2: Variable para el ingreso de la velocidad de crucero.

VELOCIDAD_IN: Variable de la velocidad final de crucero.

PORCENTAJE_VARIABLE: Variable para calcula el Factor A

A: Variable para calcular la amplitud de los PWMS

AUX: Variable para ingresar correctamente la velocidad de crucero.

DATO _ ESTADO: Variable para ver el estado anterior en el mando manual.

Configuración de Registros Principales

Se configura los Registros TRISA, TRISB, TRISC, TRISD, TRISE para definir a los

puertos como entradas y salidas digitales, donde 0 significa salida y 1 entrada. Los valores

a continuación se encuentran expresados en código binario.

TRISA=%00011111

TRISB=%11110111

TRISC=%01000000

TRISD=%00000011

TRISE=%00000000

86

Se configura el Registro ADCON1 para definir al puerto A y puerto E como digital ya que

el microcontrolador PIC 16F877A usa estos puertos para el conversor A/D. El valor está

expresado en decimal y se tomó del manual del microcontrolador PIC 16F877A (ver

ANEXO 1).

ADCON1=6

Configuración de Puertos

El Puerto A es configurado como entradas y salidas digitales, y es el que sirve para el

control manual por joystick:

RA0: Adelante.

RA1: Atrás.

RA2: Derecha.

RA3: Derecha.

RA4: Columna 1.

RA5: Fila 1.

En el Puerto B los bits más significativos son configurados como entradas para recibir las

señales del PIC16F628A. Los bits menos significativos son configurados como entradas

para leer los modos: Semiautomático, Selección de Parámetros del sistema, Detector de

Batería Baja, y BOCINA indicador sonoro de palabra correcta e ingreso al modo de

operación.

RB4:A3 (Dato 3 reconocimiento de voz).




RB2: MVOZ.

RB1: MAJUSTES.

RB0: BATERÍA BAJA.

RB3: BOCINA.

87

El puerto C es configurado como entradas y salidas digitales:

RC1: PWM2.

RC2: PWM1.

RC0: Relé 1.

RC3: Relé 2.

RC4: Relé 3.

RC5: Relé 4.

RC6: Columna 4.

RC7: Indicador de control por voz.

El puerto D es configurado como entradas y salidas digitales:

RD0: Columna 2.

RD1: Columna 3.

RD2: E (Enable LCD).

RD3: RS (Línea de control LCD).

RD4-RD7: Líneas de datos del LCD.

El puerto E es configurado como salidas digitales:

RE0: Fila 2.

RE2: Fila 3.

RE3: Fila 4.

Configuración de LCD

Se define la librería para utilizar el LCD en modo 4 bits:

LCD_DREG PORTD : Define pines de datos del LCD en el puerto D.

LCD_DBIT 4 : Los datos empiezan desde el pín RD4 al pín RD7.

LCD_RSREG PORTD : Configura el pín RS en el puerto D.

LCD_RSBIT 3 : Configura al pín RD3 como RS.

88

LCD_EREG PORTD : Configura el pín E (Enable) en el puerto D.

LCD_EBIT 2 : Configura al pín RD2 como E.

Se utiliza el LCD en modo de 4 bits para disminuir el número de pines utilizados en el

microcontrolador PIC.

El bus de control está formado por 3 señales: RS, R/W y E. La señal E es la señal de

validación de los datos. Cuando no se utiliza el LCD esta señal permanece en 0, sólo en las

transferencias de información (lecturas o escrituras) se pone en 1 para validar los datos,

pasando después de un tiempo a 0. RS (Register Select) selecciona el registro interno del

LCD sobre el que se va a leer/escribir. El LCD dispone de dos registros internos: Registro

de control y registro de datos. Ambos registros son de lectura y escritura. RS=0 selecciona

el registro de control. RS=1 el registro de datos. RW no se utiliza en la configuración ya

que por hardware se encuentra conectado a GND para que el LCD solo realice operaciones

de escritura.

Configuración del PWM

Los pasos a seguir para la configuración del modo PWM son:

1. Asignar el periodo cargando el valor en el Registro PR2.

2. Asignar el ancho del pulso cargando en el registro CCPR1L.

3. Configurar los pines RC1 y RC2 como salidas digitales.

4. Asignar el valor del predivisor y activar el TMR2 en el registro T2CON.

5. Configurar el módulo CCP1 en modo PWM.

El periodo del PWM es calculado con la siguiente expresión:

( )[ ] ( )

( ) 124

2

2412

−=

+=

−

−

ESCALADORPREosc

PWM

ESCALADORPREoscPWM

TMRxT

TPR

TMRxTxPRT

89

La frecuencia de operación óptima es 244Hz, que esta dentro del valor calculado en el

Capitulo 2 cumpliendo con la condición de rizado de corriente y con esta frecuencia el

motor funcionó de la mejor manera.

El registro PR2 se carga con el valor 255 para obtener la frecuencia y el predivisor del

TMR2 de 16.

Para variar el ancho de pulso depende del contenido cargado en el registro CC PR1L.

ESCALADORPREosc xTMRxTCCPICONLCCPRAnchoPulso −><= 2)5:4:1(

90

3.5.2 LÓGICA DE FUNCIONAMIENTO DEL MICROCONTROLADOR PIC

16F628A

La lógica de funcionamiento (Figura 3.10) da la idea general de cómo funciona el sistema

del PIC 16F628A con el sistema de reconocimiento de voz.

INICIO


BATERÍA BAJAACTIVAR INDICADOR

SI

NO

LEER PALABRA

NO

SI

FIN

ADELANTE

ATRÁS

IZQUIERDA

DERECHA

PARAR

ENVIAR DATO

ADELANTE

ENVIAR DATO ATRAS

ENVIAR DATO

IZQUIERDA

ENVIAR DATO

ADELANTE

ENVIAR DATO PARAR

SI

SI

SI

SI

SI

NO

NO

NO

NO

NO

Figura 3.10 Secuencia general del programa de control PIC16F628A

91

La estructura del algoritmo para lograr las tareas indicadas anteriormente se describen a

continuación en lenguaje estructurado.


Etiquetar Pines.

Configurar Registros Auxiliares.

Configurar Registros Principales.

Configurar Puertos.

FIN TAREA

ACTIVAR INDICADOR

Si Batería Baja esta activa

Activar Out Batería Baja

FIN TAREA

PARAR

Si palabra “PARAR” esta activa.

Enviar Dato al PIC Master palabra Parar (01)

FIN TAREA

ADELANTE

Si palabra “ADELANTE” esta activa.

Enviar Dato al PIC Master palabra Adelante (02)

FIN TAREA

ATRÁS

Si palabra “ATRÁS” esta activa.

Enviar Dato al PIC Master palabra Atrás (03)

FIN TAREA

DERECHA

Si palabra “DERECHA” esta activa.

Enviar Dato al PIC Master palabra Derecha (04)

FIN TAREA

IZQUIERDA

Si palabra “IZQUIERDA” esta activa.

Enviar Dato al PIC Master palabra Izquierda (08)

FIN TAREA

92

A continuación, para aquellas tareas que requieren más detalles se procede a ampliar su

descripción.

3.5.2.1 Configuración de registros y pines de control

Etiquetado de Pines

El etiquetado se realiza para facilitar la identificación de los pines de los puertos y se tiene:

RB3= INDICADOR VOZ 2: Indicador Luminoso.

RA7= INDICADOR VOZ 1: Indicador Luminoso.

RB0= IN BATERÍA BAJA: Entrada para verificar el estado de la Batería.

RB2= OUT BATERÍA BAJA: Indicador de Batería Baja.

RB4= A0: Dato LSB hacia el PIC master.

RB5= A1: Dato hacia el PIC master.

RB6= A2: Dato hacia el PIC master

RB7= A3: Dato MSB hacia el PIC master.

Configuración de Registros Auxiliares

La configuración de registros Auxiliares se realiza para facilitar la lógica de programación

y se tiene:

PALABRA_IN: Variable para cargar el dato de la palabra a verificar.

UNO: Variable para comparar con el código de la palabra “PARAR”.

ONCE: Variable para comparar con el código de la palabra “PARAR”.

VEINTE_UNO: Variable para comparar con el código de la palabra “PARAR”.

TREINTA_UNO: Variable para comparar con el código de la palabra “PARAR”.

DOS: Variable para comparar con el código de la palabra “ADELANTE”.

DOCE: Variable para comparar con el código de la palabra “ADELANTE”.

VEINTE_DOS: Variable para comparar con el código de la palabra “ADELANTE”.

TREINTA_DOS: Variable para comparar con el código de la palabra “ADELANTE”.

TRES: Variable para comparar con el código de la palabra “ATRAS”.

93

TRECE: Variable para comparar con el código de la palabra “ATRAS”.

VEINTE_TRES: Variable para comparar con el código de la palabra “ATRAS”.

TREINTA_TRES: Variable para comparar con el código de la palabra “ATRAS”.

CUATRO: Variable para comparar con el código de la palabra “DERECHA”.

CATORCE: Variable para comparar con el código de la palabra “DERECHA”.

VEINTE_CUATRO: Variable para comparar con el código de la palabra “DERECHA”.

TREINTA_CUATRO: Variable para comparar con el código de la palabra “DERECHA”.

OCHO: Variable para comparar con el código de la palabra “IZQUIERDA”.

DIESIOCHO: Variable para comparar con el código de la palabra “IZQUIERDA”.

VEINTE_OCHO: Variable para comparar con el código de la palabra “IZQUIERDA”.

TREINTA_OCHO: Variable para comparar con el código de la palabra “IZQUIERDA”.

Configuración de Registros Principales

Se configura los Registros TRISA, TRISB para definir a los puertos como entradas y

salidas digitales, donde 0 significa salida y 1 entrada. Los valores a continuación se

encuentran expresados en código binario.

TRISA=%01111111

TRISB=%00000011

Se configura el Registro CMCON para definir al puerto A como digital ya que el

microcontrolador PIC 16F628A usa este puerto para el conversor A/D. El valor está

expresado en decimal y se tomó del manual del microcontrolador PIC 16F628A (ver

ANEXO 2).

CMCON=7

Configuración de Puertos

El puerto A es configurado como entradas y salidas digitales donde se reciben los datos

del circuito HM2007:

94

RA0: Ingreso DATO0 HM2007.






RA6: Ingreso DATO6 HM2007

RA7: INDICADOR DE VOZ 1.

El puerto B es configurado como entradas y salidas digitales:

RB4: Salida Dato 0 reconocimiento de voz.




RB3: INDICADOR DE VOZ 2.

RB2: OUT BATERÍA BAJA.

RB0: IN BATERÍA BAJA.

En este Capítulo se ha diseñado el software de todo el sistema de control para realizar las

pruebas de funcionamiento de todo el sistema y obtener los resultados esperados en el

siguiente Capítulo.

95

CAPÍTULO 4

PRUEBAS Y RESULTADOS

En este capítulo se realizan pruebas para probar el comportamiento de la silla para cuando

sea sometida a su trabajo diario.

4.1 PRUEBAS DE LA RAMPA TIPO “S”

Con estas pruebas se comprobó que el microcontrolador realiza las rampas tipo “S” de

aceleración y desaceleración en el arranque y frenado de la silla a diferentes pendientes y

diferentes velocidades de crucero.

Se realizaron tres pruebas para verificar la forma de la trayectoria tipo “S” en el arranque y

frenado de la silla de ruedas a la velocidad máxima de 1m/s (3.6Km/h) y se graficó en el

programa computacional Matlab.

Para realizar estas pruebas se tomó pendientes con duración de 1 a 9 seg. en pasos de

1seg.; donde la pendiente máxima es 1 seg. (Figura 4.1) y la pendiente mínima es 9 seg.

(Figura 4.2).

Velocidad Inicial

Velocidad de crucero

1seg

Velocidad Inicial

1seg

Rampa de Aceleración Rampa de Desaceleración

Figura 4.1 Pendiente Máxima

96

Velocidad Inicial

9seg

Velocidad Inicial


9seg

Rampa de DesaceleraciónRampa de Aceleración

Figura 4.2 Pendiente Mínima

Al recorrer la silla la distancia de 1m se puede calcular la velocidad a pendiente máxima y

mínima aproximando una rampa lineal (Figura 4.3):

Velocidad Inicial


Tiempo

[m/s]

[seg]

Figura 4.3 Pendiente Mínima

[ ][ ] hKmsmseg

m

Tiempo

ciaDisVelocidad

MaximaPMáximaP /6.3/1

1

1tan

.. ====

[ ][ ] hKmsmseg

m

Tiempo

ciaDisVelocidad

MinimaPMinimaP /396.0/11.0

9

1tan

.. ====

Primero se tomaron los valores del módulo PWM del registro CCPR1L del

microcontrolador PIC16F877A del algoritmo de control. El registro de control CCPR1L

varia desde 0 a 255 valores, por ser un registro de 8 bits, siendo 255 el valor máximo del

ancho del pulso.

97

En la Figura 4.4 se muestran las formas de onda de la rampa tipo “S” de aceleración dadas

por el algoritmo de control realizado con diferentes pendientes.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

50

100

150

200

250

300

Tiempo de la Rampa [s]

PWM

Figura 4.4 Rampa de Aceleración PWM

En la Figura 4.5 se muestran las formas de onda de la rampa tipo “S” de desaceleración

dadas por el algoritmo de control realizado con diferentes pendientes.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

50

100

150

200

250

300

PWM

Tiempo de la Rampa[s]

Figura 4.5 Rampa de Desaceleración PWM

98

Segundo se midió los valores de voltaje aplicados al motor, con la velocidad máxima de

1m/s (3.6Km/h) para determinar si el circuito de control lograba su objetivo de

acelerar/desacelerar el motor siguiendo la curva “S”.

En la Figura 4.6 se muestra las formas de onda de voltaje aplicadas sobre el motor en el

momento del arranque con diferentes pendientes.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

2

4

6

8

10

12

Tiempo de la Rampa[seg]

Voltaje del Motor[v]

Figura 4.6 Rampa de Aceleración Motor

En la Figura 4.7 se muestra las formas de onda de voltaje aplicadas al motor en el

momento de frenado con diferentes pendientes.

99

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

2

4

6

8

10

12Voltaje del motor[v]


Figura 4.7 Rampa de Desaceleración Motor

Tercero se midió los valores de voltaje de salida del microcontrolador PIC (RC2) al

realizar la rampa a velocidad máxima de 1m/s (3.6Km/h).

En la Figura 4.8 se muestran las formas de onda de la rampa tipo “S” de aceleración dadas

por el microcontrolador PIC16F877A con diferentes pendientes.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5Voltaje Pic


[v]

Figura 4.8 Rampa de Aceleración PIC

100

En la Figura 4.9 se muestran las formas de onda de la rampa tipo “S” de desaceleración

dadas por el microcontrolador PIC16F877A con diferentes pendientes.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5Voltaje Piv [v]

Tiempo de la Rampa [s]

Figura 4.9 Rampa de Desaceleración PIC

Con el algoritmo realizado en el sistema de control se logró obtener una trayectoria tipo

“S” en el arranque y frenado de la silla de ruedas.

Para realizar las pruebas de variación de velocidad se tomó velocidades de 0.1 a 1m/s en

pasos de 0.1 m/s con la pendiente de duración de 1seg. y se graficó en el programa

computacional Matlab.

En la Figura 4.10 se muestra las diferentes velocidades describiendo la trayectoria tipo “S”

en el momento del arranque de la silla de ruedas. Esta gráfica se realizó tomando los

valores de voltaje en los terminales del motor.

101

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Velocidad Motor[m/s]

Tiempo de la rampa [s]

3.84V

4.59V

5.38V

6.17V

7.11V

7.95V

8.69V

9.53 V

10.38V

10.98V

Figura 4.10 Rampas de Aceleración

En la Figura 4.11 se muestra las diferentes velocidades describiendo la trayectoria tipo “S”

en el momento de frenado de la silla de ruedas. Esta gráfica se realizó tomando los valores

de voltaje en los terminales del motor.

102

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Velocidad motor [m/s]

Tiempo de la rampa [s]

3.84V

4.59V

5.38V

6.17V

7.11V

7.95V

8.69V

9.53V

10.38V

10.98V

Figura 4.11 Rampas de Desaceleración

4.2 PRUEBAS DE RECONOCIMIENTO DE VOZ

Se realizó las pruebas de reconocimiento de voz con cinco palabras (Tabla 4.1).

PALABRA

MOVIMIENTO

SILLA

PARAR PARADA

ADELANTE ADELANTE

ATRAS ATRÁS

DERECHA DERECHA

IZQUIERDA IZQUIERDA

Tabla 4.1 Palabras de Reconocimiento de voz

103

Cada palabra grabada se encuentra en el modo de longitud del circuito integrado HM2007

de 20 palabras de 1.92 seg. cada una.

Se pronunció cada palabra 100 veces en forma aleatoria (Tabla 4.2), donde se obtuvo un

error promedio del orden del 3.6 %.

Palabras

Pronunciadas

Número de

veces

Identificación

Correcta

Identificación

Incorrecta

Error

(%)

Adelante 100 96 4 4

Atrás 100 97 3 3

Izquierda 100 95 5 5

Derecha 100 96 4 4

Parar 100 98 2 2

Tabla 4.2 Prueba de Reconocimiento de Voz

El principal problema que se tuvo en el control por Voz fueron las equivocaciones a pesar

de que se pronuncian las palabras correctamente como fueron grabadas.

Este problema se corrigió grabando cada usuario sus respectivos comandos, y tratar lo más

posible de pronunciar en el tono grabado. Se debe tener además en cuenta que el micrófono

debe estar posicionado en la parte central de la boca del usuario.

En el software se implementó que si no reconoce ninguna de las palabras anteriormente

descritas el sistema se detenga para evitar falsas órdenes.

4.3 PRUEBAS EN LOS MOTORES

El sistema utiliza dos motores de excitación independiente de 12V y 10Amp, los cuales

mostraron problemas en la parte mecánica, dando como resultado velocidades de rotación

distintas. Al tener velocidades distintas, la silla de ruedas no se movía en línea recta y se

104

desviaba de su trayectoria, un problema que se hacia muy notorio a grandes distancias

recorridas.

Para corregir este problema se ajustaron las bandas de las ruedas de la silla y se ajustó uno

de los módulos PWMs para equilibrar la velocidad. Con estos ajustes se determinó que al

recorrer la silla de ruedas 10m se desvió 0.35m de su trayectoria lineal (Figura 4.12),

dándonos un ángulo de desviación de 2°.

10m

0.35m

Figura 4.12 Desviación de la silla de ruedas

Para los giros hacia la derecha e izquierda se realizó una rampa tipo “S” de menor amplitud

para ayudar al giro de la silla.

Para realizar el ajuste de velocidad se realizó pruebas con usuarios de diferentes Pesos.

4.4 RESULTADOS OBTENIDOS

Para realizar el puente H para la inversión de giro de los motores se utilizó relés para evitar

la caída de voltaje colector-emisor de saturación de 1 a 2V que se produce en los

semiconductores puesto que, al tener como alimentación una batería de 12V se reduce el

tiempo de autonomía del sistema.

Los resultados obtenidos (Tabla 4.3) de la variación de velocidad en función del peso de

los usuarios se presentan a continuación.

105

PESO DEL USUARIO

(Kg.)

VELOCIDAD

(Km/h)

VELOCIDAD

(m/s)

90 3.06 0.85

70 3.24 0.9

60 3.42 0.95

50 3.56 0.98

Tabla 4.3 Velocidades a diferentes pesos.

Se determinó que con la pendiente de duración de 1 segundo en el algoritmo de las rampas

de aceleración y desaceleración el funcionamiento de la silla es el más adecuado. Se pudo

probar que si la silla se encuentra en espacios reducidos y se asigna pendientes con tiempos

mayores a la generación de las rampas pueden ocurrir choques.

De las pruebas realizadas se determinó que con velocidad de 0.5m/s (1.8Km/h) es la

mínima velocidad con la que el usuario puede desplazarse de manera óptima y no le cause

molestias.

106

CAPÍTULO 5

ESTUDIO DE COSTOS

El objeto de este estudio es dar a conocer el costo total del sistema, para lo cual se presenta

un listado de los elementos y materiales utilizados incluyendo los precios de los mismos.

Con el costo total se puede hacer una comparación con equipos similares en el mercado.

5.1 COSTOS

En la Tabla 5.1 se muestra los elementos utilizados para la construcción de las fuentes de

alimentación.

CANTIDAD DESCRIPCION PRECIO $

1 Capacitor 3300 uF 1.0

1 Inductancia 1.25

2 Reguladores LM317 0.34

1 Regulador LM7805 0.17

4 Resistencias 0.08

4 Borneras 1.0

1 Fusible y porta fusible 0.7

1 Baquelita de fibra de vidrio 2.5

2 Capacitores 0,1uF y 1uF 0.4

3 Diodos rectificadores 0.3

TOTAL 7.74

Tabla 5.1 Fuentes de Alimentación

En la Tabla 5.2 se muestra todos los elementos que constituyen la tarjeta principal, en la

cual se genera todas las órdenes para el funcionamiento del sistema.

107


1 Teclado Matricial 4x4 5.5

1 LCD 2x16 con backlight 16.0

1 Microcontrolador PIC 16F877A 8.0

1 Oscilador 4 MHz 0.45

2 Capacitores 22 pF 0.4

1 Pulsador 0.2

5 Transistores 2N3904 0.75

4 Diodos rectificadores 0.4

8 Borneras 2.0

2 Led 0.2

1 Potenciómetro 0.3

1 Bocina 1.5

1 Selector de 3 posiciones 0.5

3 Conectores 4 pines 1.2


4 Opto transistores 3.2

27 Resistencias de 1/4 W 0.54

1 Joystick 15

1 Baquelita de fibra de vidrio 15x10 2.5


2 Conectores DB 25 2.2

1 Zócalo 40 pines 1.5

TOTAL 65.34

Tabla 5.2 Tarjeta Electrónica de Control Principal

En la Tabla 5.3 se muestra todos los elementos que constituyen la tarjeta esclava que es la

interfaz entre el PIC master y la tarjeta de reconocimiento de voz.

108


1 Microcontrolador PIC 16F628A 5.5

1 Capacitores 0.1uF 0.2

7 Transistores 2N3904 1.05

4 Borneras 1

3 Led 0.3







1 Zócalo 18 pines 0.8

TOTAL 15.53

Tabla 5.3 Tarjeta Electrónica PIC Esclavo

En la Tabla 5.4 se muestra todos los elementos que constituyen la tarjeta de Potencia para

el control de los motores.


2 Transistores TIP 122 1.6

3 Borneras 0.75

1 Led 0.1





2 Resistencias de Potencia 20W 1.2

2 Disipadores 4

TOTAL 12.63

Tabla 5.4 Tarjeta Electrónica de Potencia

109

En la Tabla 5.5 se muestra todos los elementos que constituyen la tarjeta de detección de

Batería Baja y Batería Cargada.


2 LM324 2.0

4 Borneras 1.0

4 Led 0.4

2 LM317 0.34




2 Diodos Rectificadores 0.2

4 Capacitores 0.8

TOTAL 8.96

Tabla 5.5 Tarjeta de Detección de Batería Baja y Batería Cargada

En la Tabla 5.6 se muestra todos los elementos que constituyen el cargador de Batería.


7 Diodos de Potencia 6A10 1.12

1 Borneras 0.25

1 Transformador 110V/12V 35.0

1 LM7812 0.25


1 Resistencias de Potencia 20W 0.6

2 Capacitores 6800uF/50V 4.0

1 Capacitor 0.1uF 0.2

TOTAL 43.92

Tabla 5.6 Tarjeta Cargador de Batería

110

En la Tabla 5.7 siguiente se enumera los elementos constitutivos de la parte que controla

los motores.


5 Relés con bases 37.5

2 Transistores C3856 6.6

2 Diodos de Potencia 6.0

2 Fusibles Térmicos 6.0

2 Disipadores 12.2

TOTAL 68.3

Tabla 5.7 Elementos de Potencia

En la Tabla 5.8 se da a conocer todos elementos constitutivos de la tarjeta de

reconocimiento de voz.


1 Circuito Integrado HM2007 35

1 PCB 85

1 Memoria SRAM 25

1 Micrófono 30

1 Pila de Litio 3

Elementos electrónicos 20

TOTAL 198

Tabla 5.8 Tarjeta Electrónica de Reconocimiento de voz

A continuación (Tabla 5.9) se muestra los elementos adicionales usados en la construcción

de todos los circuitos impresos.

111


1 Batería 12Vdc 95

1 Caja Exterior 50

2 Relés con Base 14

2 Interruptor 2

Materiales varios: tornillos, cable 100

aislante, etc

TOTAL 261

Tabla 5.9 Accesorios Varios

En la Tabla 5.10 se da a conocer el costo total de todo el sistema físico eléctrico y

electrónico.

DESCRIPCION PRECIO $

Fuentes de Alimentación 7.74

Tarjeta Electrónica de control Principal 65.34

Tarjeta Electrónica PIC Esclavo 15.53

Tarjeta Electrónica de Potencia. 12.63

Tarjeta de Detección de Batería Baja y

Batería Cargada 8.96

Tarjeta Cargador de Batería 43.92

Elementos de Potencia 68.30

Tarjeta Electrónica de reconocimiento de

voz 198

Accesorios Varios 261

TOTAL 681.42

Tabla 5.10 Costo Total Sistema Físico Eléctrico y Electrónico

En la Tabla 5.11 se da a conocer el costo total de todo el sistema.

112


Motores 300

Silla de Ruedas 850

Sistema Físico Eléctrico y Electrónico 681.42

Costos de Ingeniería 1500

TOTAL 3331.42

Tabla 5.11 Costo Total

Con los datos de la Tabla 5.11, queda demostrado que con Tecnología local si es posible

abaratar los costos. Por otro lado, el costo total es 3331.42 dólares americanos que puede

variar dependiendo de la disponibilidad de los elementos que constituyen el sistema. Sin

embargo, hay que aclarar que para este proyecto no se gastó lo correspondiente a la silla y

los motores, pues esta parte pertenece al Laboratorio de Instrumentación.

Consecuentemente el costo del proyecto en realidad es:


Sistema Físico Eléctrico y Electrónico 681.42

Costos de Ingeniería 1500.00

TOTAL 2181.42

Comercialmente en Internet se encuentran sillas de ruedas electrónicas de distintos

fabricantes entre los que se puede citar: PERMOBIL, TUFFAARE, DELUXE, TRAC

ABOUT, los cuales poseen como control principal el mando por joystick. Ningún sistema

de los mencionados anteriormente posee el control por voz.

El precio de los sistemas de sillas de ruedas electrónicas oscilan entre 4000 y 8000 dólares

americanos, que en comparación al precio del sistema desarrollado es mucho mayor,

teniendo en cuenta que estos equipos hay que importarlos lo que implica costos

adicionales. No hay que olvidar que no se busca rentabilidad en estos sistemas, porque la

113

población con discapacidad no es muy alta, sino desarrollar experiencia nacional para dar

soluciones que posibiliten a personas de bajos recursos económicos tener acceso a este tipo

de herramientas que alivien sus dificultades.

114

CAPÍTULO 6

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

De los resultados obtenidos de las pruebas se pueden extraer las conclusiones que se

indican a continuación. Igualmente, después de realizado el trabajo, de la experiencia

adquirida es posible emitir algunas recomendaciones.

6.1 CONCLUSIONES

• El presente proyecto cuenta con un sistema de visualización y sonorización los

cuales indican la actividad que el usuario está realizando de lo que se puede

concluir que es un sistema muy fácil de usar.

• Con el algoritmo de control realizado para la generación de la rampa de aceleración

y desaceleración tipo “S”, se pudo notar que el sistema no realizó arranques y

frenados bruscos, de lo que se puede concluir que se ha logrado diseñar un sistema

que elimina los arranques y frenados bruscos.

• El control de velocidad fue diseñado con elementos fáciles de encontrar en el

mercado nacional Ecuatoriano; es decir, el prototipo puede ser construido en el

país. De esto se puede concluir que existe capacidad local para resolver este tipo de

problemas.

• El sistema es capaz de moverse por un tiempo aproximado de 3 horas. De aquí se

puede concluir que el usuario si podrá realizar sus actividades cotidianas para

cumplir sus necesidades y requerimientos básicos de transporte.

• El presente prototipo posee las mismas cualidades que los sistemas comerciales

existentes en el mercado local; es decir, aquellos que tienen control electrónico

manual por Joystick. Considerando que este trabajo añade el control por Voz y su

precio resulta ser muy económico.

115

• De las pruebas realizadas se comprobó que con la pendiente de duración de 1

segundo en el algoritmo de las rampas de aceleración y desaceleración el

funcionamiento de la silla es el más adecuado, con lo que se puede concluir que con

esta pendiente el usuario no tendrá problemas para movilizarse en espacios

reducidos.

• La pruebas realizadas permiten concluir que la velocidad de 0.5m/s (1.8Km/h) es la

mínima velocidad de crucero con la que el usuario puede desplazarse de manera

óptima y sin que le cause molestias.

• Finalmente, evaluando todas las pruebas realizadas se concluye que este proyecto

“Diseño y construcción de un sistema basado en un microcontrolador para controlar

por voz y joystick el desplazamiento de una silla de ruedas”, cumple con los

objetivos planteados.

6.2 RECOMENDACIONES

• Para la construcción de sistemas para personas discapacitadas se recomienda tener

muy en cuenta las normas que se deben cumplir, las cuales en nuestro país están

establecidas por el INEN.

• Se recomienda que para el correcto funcionamiento del sistema en el modo

Semiautomático control por voz cada usuario grabe sus propios comandos de

control.

• Para el circuito de potencia se recomienda que siempre se utilice disipadores de

calor para su correcto funcionamiento y prolongar la vida útil de cada uno de los

dispositivos.

116

• Se recomienda en lo posible utilizar elementos semiconductores originales para

evitar errores que a veces no dependen del diseño realizado sino de la calidad de los

elementos utilizados.

• Se recomienda utilizar motores de 24V para tener mayor rango de variación del

voltaje medio al momento de realizar la rampa tipo “S”. En el caso presente, se

utilizó motores de 12V debido a que estos vienen en la silla del laboratorio de

Instrumentación.

• De las pruebas realizadas con el sistema de reconocimiento de voz HM2007 se

pudo comprobar que tiene un mejor funcionamiento cuando se encuentra en el

modo de 20 palabras de 1.92 seg. de longitud, por lo mismo se recomienda trabajar

en este modo para reducir al mínimo las equivocaciones.

• Entre las limitaciones del sistema hay que mencionar al peso de todo el conjunto de

dispositivos y accesorios de la silla de ruedas. Lo ideal seria contar con una

estructura de bajo peso.

• Se hizo un ajuste en los dos PWMs para variar el voltaje medio que llega hacia los

motores, hasta igualar el torque de los dos con lo que se consiguió que el sistema se

mueva en línea recta. Se recomienda que este proceso de calibración se haga a

medida que se desgasta mecánicamente la silla.

• Se recomienda realizar inspecciones periódicas en todas las conexiones tanto

eléctricas como mecánicas para mantener en buen funcionamiento todo el sistema.

• Como mejora para futuros proyectos se recomienda añadir un control para evadir

obstáculos y evitar choques, con lo cual el sistema podría ser utilizado por personas

con discapacidad visual.

117

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Jumbo A., Tamayo C., “Control electrónico de sillas de ruedas para personas

parapléjicas y cuadraplejicas,” EPN, 1995.

[2] Barcenes J., Vásquez D., “Prototipo de una silla de ruedas semiautónoma para

personas minusvalidas no videntes,” EPN, 2005.

[3] Gamboa S., Quelal P., “Diseño y construcción de un variador de velocidad con el

microcontrolador 80C196MC,” EPN, 2004.

[4] Instituto Ecuatoriano de Normalización, “NTE 2 246,” 2000.

[5] Consejo Nacional de Discapacidades, “Discapacidad en el Ecuador,” 2004,

http://www.conadis.gov.ec

[6] Microchip, “Datasheets PIC16F877A, PIC16F628A,” www.microchip.com

[7] Angulo J., Romero S., “Microcontroladores PIC Diseño práctico de aplicaciones,”

2000.

[8] Reyes C., “Aprenda rápidamente a programar microcontroladores PIC,” 2004.

[9] Images SI INC, “HM2007,” 2007, http://imagesco.com

118

[10] Anónimo sistemas de reconocimiento de voz, 2008

http://ict.udlap.mx/people/ingrid/Clases/IS412/index.html.

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lis/marquez_a_bm/capitulo

http://lilaproject.org/veu/personal/canton/IntrRecVoz.pdf.

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