Monografia proyecto de control con microcontroladores.docx

UNIVERSIDAD CATÓLICA LOS ÁNGELES DE CHIMBOTE

TEMA : “PROYECTOS DE CONTROL DE PROCESOS USANDO MICROCONTROLADORES”

CURSO : PROYECTOS DE CONTROL

PROFESOR : OVIDIO HILDEBRANDO RAMOS ROJAS

ALUMNO : VALLES JICARO S. GERMAN

E-MAIL : [email protected]

ESPECIALIDAD : INGENIERIA DE SISTEMAS

CICLO : VIII

AÑO 2014

Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 1

mailto:[email protected]

Resumen del capítulo

Los microcontroladores son de vital importancia su función en las maquinas que

tienen las empresas los cuales cumplen diferentes funciones que permiten agilizar

los procesos permitiendo, lo cual permite obtener una produccion de mejor calidad y

bajar los costos para competir en el mercado.

Es de vital importancia, al programar en alto nivel un sistema embebido, conocer la

arquitectura interna del procesador que correrá el código, debido a que en

ocasiones la depuración puede llevar a requerir ejecutarlo pasó por paso en

lenguaje ensamblador.

Pudiera también ser necesaria la implementación de algunas rutinas o

procedimientos en lenguaje de máquina, por querer realizar código más eficiente, o

diseñar labores que el micro controlador tenga que ejecutar y que desde el lenguaje

de alto nivel sean más complicadas o no se tengan procedimientos para ellas.

Los microcontroladores trabajan asociado a un sensor que es un dispositivo capaz

de medir magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y

transformarlas en variables eléctricas.

Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad

lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza,

torsión, humedad, pH, etc.

La arquitectura Microchip TM está basada sobre la clasificación RISC de

procesadores de alto desempeño por contener 2 buses internos, uno para los datos


PROYECTOS DE CONTROL DE PROCESOS USANDO

MICROCONTROLADORES

MONOGRAFI

A

y otro para las instrucciones. La arquitectura especifica de Freescale ofrece un

modelo lineal en mapa de memoria, donde se encuentran las direcciones de los

registros internos que manejan los diferentes periféricos de cada microcontrolador

en particular, la memoria RAM, la memoria de programa FLASH, y los vectores de

Interrupción, todos direccionados con el PC y especificados al compilador de forma

explícita.

Por tal motivo la Automatización Industrial (automatización; del griego antiguo auto:

guiado por uno mismo) es el uso de sistemas o elementos 67computarizados para

controlar maquinarias y/o procesos industriales sustituyendo a operadores humanos

en la actualidad.

Introducción:

Hoy en día, los sistemas y la electrónica ha avanzado a pasos agigantados, en su

mayoría los sistemas que se desarrollan son digitales. Existen muchos dispositivos

que permiten realizar diversos diseños de cualquier clase, existen dos dispositivos

muy utilizados: Los microprocesadores y los microcontroladores.

Los microprocesadores son dispositivos los cuales se pueden configurar como el

usuario lo desee, posee más instrucciones y más capacidad que los

microcontroladores, generalmente estos dispositivos se utilizan para diseñar

proyectos donde se requiere mucho procesamiento de los datos. La marca líder en

microprocesadores es Intel.

Los microcontroladores son dispositivos de menor capacidad pero estos son ideales

para el diseño y sus instrucciones son más fáciles de manipular y son económicos.

Los más comercializados son los AVR y los PIC.

En nuestro caso decidimos investigar para trabajar con los PIC, ya que son los

dispositivos más utilizados hoy en día. Existe una gran variedad de estos

dispositivos, elegimos uno de gama media el PIC16F877A, este dispositivo cumple

con nuestras especificaciones de diseño. Ya elegido el PIC, diseñamos nuestra


etapa de potencia, aquí utilizamos un SCR un dispositivo semiconductor de cuatro

etapas y por último buscamos el sensor.

Existen en el mercado una gran cantidad de microcontroladores, como PICs, Basic

Stamp, Xenix, Freescale, siendo estos últimos los dispositivos de nuestro interés,

debido a la gran cantidad de aplicaciones en las que se encuentran, a su fácil

programación, a que son muy comerciales y se consiguen a muy bajo costo frente a

sus competidores, lo cual los ha hecho tan llamativos para los profesionales como

para estudiantes, etc.

Este libro presenta una forma muy didáctica para la enseñanza de estos dispositivos,

utilizando técnicas muy útiles para el aprendizaje y asimilación de la información en

forma clara, concisa y muy rica conceptualmente, lo cual llevará al lector a

desarrollar aplicaciones desde las más sencillas hasta tan complejas como lo desee.

Sin invertir grandes cantidades de tiempo y dinero en borradores, programadores o

software, las tecnologías actuales de microcontroladores de 8 y 16 bits de Freescale

permiten a los usuarios tener rápidamente un laboratorio donde puedan desarrollar

sus aplicaciones en menos tiempo y con mayor confiabilidad.

En el pasado, las tecnologías existentes en el mercado obligaban a pequeños o

medianos industriales a invertir mucho dinero en equipos adicionales al micro

controlador.

Microcontrolador.

El micro controlador es quizás el componente electrónico más versátil que existe,

sus aplicaciones están limitadas únicamente por la imaginación. Cada día es más

frecuente encontrar equipos que los utilicen como elementos de control, de

comunicaciones, de señalización, etc.

Un microcontrolador es un circuito integrado programable que contiene todos los

componentes de una computadora. Se emplea para controlar el funcionamiento de


una tarea determinada y debido a su reducido tamaño, suele ir incorporado en el

circuito que gobierna.

Es un pequeño computador construido sobre el «chip» o dado de silicio que hay

dentro de un circuito integrado. Se emplea para controlar el funcionamiento de una

tarea determinada o el de un producto, y debido a su reducido tamaño, suele estar

incorporado en el propio dispositivo que gobierna.

Esta última característica es la que le confiere la denominación de «controlador

incrustado» (embebed controller) Al micro controlador se le considera como un

«computador dedicado» pues en su memoria reside un único programa destinado a

controlar una aplicación concreta, sus líneas de entrada/salida soportan el

conexionado de los sensores y actuadores del sistema a gobernar y todos los

recursos complementarios disponibles tienen como finalidad exclusiva atender los

requerimientos de la tarea a la que se dedica el micro controlador.

Diferencia entre un microcontrolador (Mcu) y un microprocesador ( uP)

Un Microprocesador es un sistema abierto con el que puede construirse un

computador con las características que se desee, acoplándole los módulos

necesarios Un Microcontrolador es un sistema cerrado que contiene un computador

completo y de prestaciones limitadas que no se pueden modificar.

El microcontrolador posee los siguientes tipos de memorias:

Memoria RAM (Random Access Memory) (Memoria de Acceso Aleatorio) en

esta memoria se guarda los datos que se está utilizando en el momento

presente. El almacenamiento es considerado temporal por que los datos

permanecen en ella mientras la memoria tiene una fuente de alimentación.

La memoria de programas o de instrucciones contiene una serie de diferentes

tipos de memoria.


Memoria ROM con máscara y es de sólo lectura, cuyo contenido se graba

durante la fabricación del chip. Es aconsejable cuando se precisan cantidades

superiores a varios miles de unidades.

Memoria OTP (One Time Programmable) es no volátil y de sólo lectura y

programable una sola vez por el usuario. La grabación se realiza mediante un

sencillo grabador controlado por una PC.

Memoria EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), pueden

borrarse y grabarse muchas veces. La grabación se realiza, como en el caso

de la memoria OTP. Si, posteriormente, se desea borrar el contenido,

disponen de una ventana de cristal en su superficie por la que se somete a le

EPROM a rayos ultravioleta por algunos minutos.

Memoria EEPROM (Electrical EPROM) es de sólo lectura, programable y

borrable eléctricamente. Tanto la programación como el borrado, se realizan

eléctricamente desde el propio grabador y bajo el control programado de un

PC, y puede hacerse con el microcontrolador instalado en el circuito. Es muy

cómoda y rápida la operación de grabado y la de borrado.

Memoria Flash. La memoria Flash es no volátil, de bajo consumo y puede

grabarse y borrarse eléctricamente. Funciona como una ROM y una RAM

pero consume menos energía y es más pequeña. La memoria Flash también

puede programarse “en circuito”, es decir, sin tener que sacar el circuito

integrado de la tarjeta. Además, es más rápida, tiene mayor densidad y tolera

más ciclos de escritura/borrado que la EEPROM.

Clasificación de los microcontroladores

Tipo de arquitectura: CISC, RISC, microRISC, VLIW

Arquitectura (el lenguaje de máquina usado)

Cantidad de bits: 4, 8, 16, 32, 64, 128

Velocidad del reloj: 4 – 300 MHz

Cantidad de RAM (decenas de B – KB)

Cantidad de ROM (K – MB)

Tipo de ROM: masked, OTP, EEPROM, Flash

Cantidad de puertos de I/O (1 puerto = 1 bit)


Cantidad y tipo de “periféricos” generales

Periféricos de aplicación específica

Modos de ahorro de energía (sleep mode)

Formas de paralelismo

Cantidad de núcleos

1 micro

Dual core: 1 micro + 1 DSP

Triple core

Parámetros eléctricos (voltaje, potencia, etc.)

Proveedor

Algunos periféricos usuales

Timers de 1 ó 2 canales

ADC (analog to digital converter) de 1, 2 ó 4 canales y 4 a 24 bits de precisión

DAC (digital to analog converter) de 8 a 24 bits

Modulador de ancho de pulso (PWM)

Componentes analógicos (ej., amplificadores)

Reloj y/o DLL

Watch dog timer

Controladores de E/S (UART, Ethernet MAC, I2C)

Actuadores Para Diversas Aplicaciones:

Los Motores

Uno de los actuadores más vistosos y versátiles para el trabajo con PIC son los

motores. Los motores pueden mover una cinta transportadora; un motor puede ser lo

que suba o baje una polea con un objeto en su extremo; puede abrir o cerrar una

puerta e incluso posicionar un brazo articulado.

En este apartado se van a ver dos tipos de motores: 1. 2. o o Motores de corriente

continua (DC). Motores paso a paso (PAP). Diferencias entre los motores DC y PAP


Las características más destacables de los motores DC se resumen en: 1. 2. 3. 4. a

a a a Buen par de fuerza y estabilidad en la velocidad de giro, proporcional al voltaje

de entrada. Baja inercia en arranque y parada. Peso y tamaño reducidos.

Fácil manejo.

Esto les hace ideales en aplicaciones en que se precisa coordinar la velocidad de

varios motores al mismo tiempo, y/o en que el motor tiene que responder

instantáneamente a las señales de control para un encendido/apagado y cambio de

sentido.

Su peso y tamaño reducidos les posibilita además para formar parte de sistemas

móviles sin incrementar el peso ya existente. Los motores PAP a su vez se

caracterizan por: 1. 2. 3. 4. o o o o Su movimiento es por incremento de ángulos,

siendo éstos muy exactos. Mayor simplicidad en la lógica de control.

Su manejo depende del modelo. Su eje no recorre todas las posiciones posibles. El

funcionamiento de un motor PAP se logra aplicando en sus bornes un conjunto de

señales de control especificadas por el fabricante, por lo que un programa realizado

para un motor determinado deberá modificarse si el motor es cambiado.

Arquitectura, Diagrama De Conexiones Y Repertorio De Instrucciones 53

Sin embargo, el que sea controlado por ese conjunto de señales tiene la ventaja de

que en todo momento se conoce su ángulo de giro exacto, número de vueltas dadas,

etc., sin necesidad de sensores externos tipo encoder, lo que le hace propicio para

aplicaciones en que se necesita gran precisión de movimiento.

El modelo se elegirá en función de la precisión del ángulo de giro que se necesite.

Motores DC Los motores DC internamente están compuestos por un imán (estator)

que crea un campo magnético en el cual se encuentra una bobina o electroimán

arrollada en un eje giratorio (rotor).


La tensión de alimentación aplicada al motor hace que se generen unas fuerzas de

atracción y repulsión entre el campo magnético del estator y del rotor, lo que hace

que el motor se mantenga en movimiento.

En la práctica, el control sobre dicho motor se realiza con la aplicación de tensión en

los dos hilos que salen al exterior: con un hilo se determina el encendido/apagado

del motor y con el otro el sentido de giro. Como la tensión e intensidad que

proporcionan las líneas del PIC no son suficientes para excitar un motor DC, se hace

necesaria la utilización de algún circuito integrado específico. Uno muy utilizado es el

L293B, que consta de 4 drivers.

Sistema embebido

Que es un sistema embebido

Se conoce como sistema embebido a un circuito electrónico computarizado que esta

diseñado para cumplir una labor especifica en un producto. La inteligencia artificial,

secuencias y algoritmos de un sistema embebido, están residentes en la memoria de

una pequeña computadora denominada micro controlador.

A diferencia de los sistemas computacionales de oficina y laptops , estos sistemas

solucionan un problema específico y están dispersos en todos los ambientes

posibles de la vida cotidiana.

Es común encontrar sistemas embebidos en los vehículos; por ejemplo, controlando

el sistema de inyección de combustible, en los sistemas de frenado ABS ( Anti-lock

Braking Systems ), en el control de espejos, sistemas de protección contra impacto

( Airbag ), alarmas contra robo, sistemas de ubicación, entre otros.

También en los electrodomésticos de uso diario: controlando la temperatura en

refrigeradores, estufas, hornos microondas y planchas; el motor de licuadoras,

lavadoras de ropa, lavaplatos, aspiradoras y juguetes; en los equipos celulares,

agendas de bolsillo, PDA, cajeros automáticos, cámaras fotográficas, reproductores


de música (MP3) y video, equipo de gimnasio, equipo médico, y en general, en una

gran cantidad de dispositivos de uso diario.

Se sabe que en general, un consumidor promedio interactúa con alrededor de 400

microcontroladores por día; este número tiende a crecer significativamente para los

próximos años, considerando que los procesadores son cada vez mas pequeños,

consumen menos energía y el precio es menor gracias a la economía de escala

aplicada en su fabricación, aspectos que ayudan a reemplazar en mayor proporción

los sistemas lógicos, los equipos electromecánicos y en el futuro, se podrán

incorporar en los equipos desechables.

Los sistemas embebidos controlan un sinnúmero de objetos cotidianos, como

celulares, agendas de bolsillo, cámaras fotográficas o sistemas de inyección de

combustible, entre otros.

¿Qué es un compilador? ¿Qué es un interpretador?

El programa editado es llevado a la máquina que lo ejecutará finalmente, en este

caso un microcontrolador comúnmente llamado “ Target ”, de dos formas posibles: El

programa es convertido a código de máquina al 100% y luego se ejecuta.

El programa es enviado al “ target ” tal cual fue editado, y éste toma línea por línea y

lo va convirtiendo a código de máquina a medida que va pasando

Un compilador es un programa de software que transforma uno o varios archivos de

código fuente y genera un archivo en código de máquina llamado ejecutable; este

nuevo archivo es enviado al “ target ” para que lo ejecute.

Un interpretador es un software que es instalado en el “ target ”, el cual está

preparado para recibir un archivo fuente editado; una vez el “ target ” recibe la orden

de ejecutar inicia el proceso de cambiar línea por línea de programa a su respectivo

código de máquina y ejecutar este código.


Ambos esquemas tienen ventajas. Para el caso de un compilador el tiempo

requerido para convertir el código que ejecutará la máquina se utiliza completamente

antes de su ejecución final, y en el caso de compiladores cruzados, este código lo

convierte una máquina con mayores recursos que el “ target ”, así el código queda

listo para ejecutarse ahorrando tiempo a la máquina final, la cual no se tiene que

enterar de los pormenores del código.

Sin embargo, para hacer la conversión a código de máquina, se deberá conocer con

anterioridad la máquina que va a ejecutar el código, y este código quedará limitado a

ejecutarse en dicha máquina.

Proyectos:

Encendido de led en lenguaje de maquina

Objetivo: El objetivo del primer programa consiste en desarrollar un código en

lenguaje ensamblador que encienda el LED OUT-1 de prueba en el sistema de

desarrollo AP-Link, cada vez que la tecla INPUT-1 es presionada.

Solución:

;***************** Ejemplo 1 ******************

; Encendido de Led en Lenguaje de Máquina

; Fecha: Feb 4,2009

; Asunto: Encender Led OUT-1 cada que la tecla

; INPUT-1 es presionada.

; Hardware: Sistema de desarrollo AP-Link(2008-01-14)

; para Microcontrolador Freescale AP16.

; Version: 1.0 Por: Gustavo A. Galeano A.

;****************************************

; Include derivative-specific definitions INCLUDE ‘derivative.inc’

; export symbols XDEF _Startup ABSENTRY _Startup

; variable/data section ORG RAMStart ; Insert your data definition here


Discusión:

Para la creación de un programa en lenguaje de máquina, se inicializa el vector de

Reset , ubicado en las direcciones $FFFE y FFFF, con la dirección de inicio. En este

caso una vez que el microcontrolador sale del estado de Reset, va a la función

_Startup, que inicializa el Stack Pointer al final de RAM, esto lo hace con la ayuda

del registro H:X y luego transfiriendo su contenido al SP con la instrucción TXS.

El código pasa luego a la sección mainLoop, donde está constantemente

inicializando el contador del Watchdog que evita Reset , verifica si el pin PTD1 (pin 1

del puerto PTD) está en cero (tecla presionada) o en 1 (tecla no presionada), toma la

decisión de saltar a la sección is_press, sí y solo sí el pin está en bajo donde pone el

estado del PTC3 en 1 (enciende OUT-1) y además pone el pin PTC3 como salida

con un estado 1 en el pin DDRC3.

Control de módem GSM desde micro controlador.

Esquema global.

El presente proyecto consiste en el diseño y montaje de un circuito que controle un

MODEM GSM mediante un micro controlador para que se envíen mensajes cortos

SMS a unos destinatarios fijados por el usuario y, por otro lado, responda mediante

unas acciones preprogramadas al recibir un SMS determinado.

El usuario realiza una función imprescindible para el funcionamiento del circuito, ya

que se deben introducir una serie de datos a la memoria EEPROM de datos del PIC

a través del software del PC.

Una vez han sido introducidos los datos, el circuito funciona de manera

independiente, llevando a cabo sus tareas sin más apoyo del PC que la alimentación

que recibe de éste a través del puerto USB. El circuito se comunica con el MODEM

mediante RS-232, vía por la cual se transmiten los comandos AT, explicados más

adelante.


Para un uso supervisor, se ha diseñado una conexión RS-232 entre el circuito y el

PC, a través de la que se verán reflejadas las comunicaciones serie que existan

entre circuito y MODEM

Objeto del proyecto.

El objeto del presente proyecto es diseñar y montar un circuito que controle un

MODEM GSM con el fin de enviar mensajes cortos (SMS) a un terminal GSM

externo, así como recibir mensajes SMS y actuar según proceda.

El circuito se basará en un sistema controlado por un microcontrolador de la serie

PIC, que gestionará un módem GSM y las comunicaciones necesarias con el PC. El

prototipo incluirá dos LEDs para mostrar al usuario el estado de las comunicaciones

con el PC y con el MODEM. Para dar un uso alternativo, se programará el

microcontrolador para controlar sus múltiples E/S, activándolas o desactivándolas

mediante un SMS enviado desde cualquier teléfono móvil en cualquier parte del

mundo.

Antecedentes.

Existen aplicaciones que requieren comunicarse con un terminal remoto para

visualizar y controlar el sistema. Un ejemplo de aplicación podría ser un dispositivo

conectado a un sistema automático cualquiera, que avisara al usuario de una

incidencia grave y le permitiera a éste tomar una decisión y actuar a distancia.

Dado que, según un estudio del Ministerio de Industria de 2006, el 98% del territorio

poblado tiene cobertura GSM, resulta interesante aprovechar la red de telefonía

móvil para nuestras comunicaciones.

Elección del Micro controlador.

Los micros controladores son circuitos integrados que incluyen como mínimo una


CPU, unidades E/S y memoria de programa, además de una serie de componentes

que dotan al micro controlador de diversas funcionalidades.

De los micros controladores existentes, es con los PIC de MICROCHIP con los que

estoy más familiarizado. Por lo tanto, siendo los PIC unos micros controladores

suficientes para la tarea a llevar a cabo y poseyendo varias unidades, se decide

hacer uso de ellos.

Por requisitos de diseño, se necesita un micro controlador con conectividad USB y

un puerto de E/S, por lo que con el PIC18F2550, un micro controlador de 28 patas

satisfaceremos nuestras expectativas.

Las funciones y características que han sido utilizadas son las siguientes:

Memoria FLASH =32 KBytes, 16384 Instrucciones

EEPROM =256 Bytes

PINS I/O =24 con 3 interrupciones externas

USART

Timers 8/16bits =1/3, 4 timers en total

Modos de oscilador:

o Externo hasta 48MHz

o Externo auxiliar, para módulo USB

o Interno con RC

o Interno programable de 31kHz hasta 8MHz

Rango de voltaje desde 2V hasta 5.5V.

USB V2.0: Baja Velocidad (1.5 Mb/s) y Velocidad Completa (12 Mb/s).

Interrupciones: 3 interrupciones de entradas externas, interrupción de cambio

de estado en el portB, interrupciones de los Timers, interrupción de la UART


al enviar y al recibir, interrupción de final de conversión A/D, interrupción del

USB, etc...

Además de las funcionalidades de que dispone este PIC, una ventaja sobre la serie

16F es el juego de instrucciones y el sistema de memoria lineal.

La familia 18F dispone de 77 instrucciones sobre las 35 de la familia 16F. El hecho

que más puede facilitar la programación es la estructura de la memoria interna, tanto

la memoria de datos como la de programa. Los PIC de las familias inferiores a la 18F

sólo pueden acceder a direcciones de 8 bits.

Los PIC 18F disponen de memoria lineal y pueden direccionarla toda, esto resulta

cómodo para manejar buffers lineales. En realidad esto no nos perjudica ni nos

beneficia, puesto que programaremos el firmware del PIC en lenguaje C.

Módem GSM.

El módem GSM es la parte que se comunicará con el mundo exterior. En la elección

del módem, pese a ser lo más importante, no ha hecho falta tener en cuenta muchos

parámetros, ya que todos los módems GSM cumplen los mismos requisitos mínimos

necesarios.

El módem GSM elegido es del fabricante Siemens, modelo TC35i, dotado de interfaz

RS-232, conector de antena tipo jack JME, soporte de tarjeta SIM, LED indicador de

estado y alimentación mediante un adaptador 220V AC-12V DC. Se ha elegido este

modelo porque ya disponía de él, conozco su funcionamiento y cumple con los

requisitos necesarios para el desarrollo de este proyecto.

Las características técnicas del módem son las siguientes:

• Banda Dual 900/1800 MHz GSM.

• Comunicaciones serie a 2.4, 4.8, 9.6 y 14.4 kbps.

• GSM Clase 1 y Clase 2 Grupo 3 Fax


• Short Message Services (SMS)

• Zócalo para tarjeta SIM.

• Compatible con los comandos AT.

Comunicaciones móviles GSM.

Antecedentes.

Actualmente en España existe un índice de penetración de la telefonía móvil de un

100%. Este índice no indica un valor real de usuarios, puesto que se contabilizan las

líneas de prepago y las de uso ocasional, pero sí nos indica que realmente el uso del

teléfono móvil está muy extendido. Además, el 98% del territorio poblado español

cuenta con cobertura GSM.

Teniendo en cuenta el fácil manejo, el bajo coste y el gran número de usuarios de

teléfonos móviles, se hace idóneo para un proyecto de control y/o supervisión a

distancia.

Red GSM.

El sistema GSM es el sistema de comunicación de móviles digital de 2ª generación

basado en células de radio. Apareció para dar respuestas a los problemas de los

sistemas analógicos.

Fue diseñado para la transmisión de voz por lo que se basa en la conmutación de

circuitos, aspecto en el que se diferencia del sistema GPRS.

Al realizar la transmisión mediante conmutación de circuitos los recursos quedan

ocupados durante toda la comunicación y la tarificación es por tiempo.


Esquema del circuito

Sistemas robóticos tele operados

Existen muchas circunstancias en las cuales no es conveniente emplear personas

para la realización de algunas labores debido al alto riesgo a que ellos se exponen;

por esta razón se han desarrollado diversas herramientas o equipos que permiten

reemplazar al hombre al realizar estas operaciones a distancia.

Dentro de estos equipos se encuentran los móviles teleoperados también conocidos

como robots a pesar no ser autónomos en si mismos.

Los robots teleoperados son aquellos controlados por un usuario a distancia desde

una estación remota. Dada su gran utilidad, se han empleado en diversos campos.

Este tipo de manejo supone una ventaja desde el punto de vista de la protección y

seguridad del usuario, ya que en caso de realizar trabajos en ambientes inseguros o

inestables o con sustancias potencialmente peligrosas, como químicos o explosivos,

no se arriesga su integridad física.


En el desarrollo de robots tele operados se involucra la electrónica, las

comunicaciones, el control, la inteligencia artificial (IA) y la visión por computador. El

uso de IA se puede apreciar en las decisiones que debe tomar el robot por ejemplo:

Evitar obstáculos al ir de un sitio a otro, eligiendo el camino más corto o cuando se

le enseña a reaccionar frente a ciertos estímulos y responde acertadamente a

estímulos nuevos como en el caso de las redes neuronales.

La visión por computador es utilizada cuando las tareas del robot involucran el

procesamiento de imágenes provenientes de cámaras de video que pueden estar

ubicada en el mismo. Tanto la IA como la visión por computador pueden simplificar

significativamente el trabajo del operador.

Componentes de un sistema tele operados

Un sistema tele operado se compone principalmente de una estación de

teleoperación, un sistema de comunicación y esclavo, el esclavo puede ser un

manipulador o un robot móvil equipado con un manipulador ubicado en un entorno

remoto como el robot Andros Wolverine de la empresa Remotec.

La estación de teleoperación permite controlar al esclavo a distancia por medio del

sistema de comunicación, el cual permite transmitir las señales de control hacia el

esclavo y, a su vez, recibir señales de información sobre el estado de éste en la

estación de teleoperación a través de un canal de comunicación que puede ser una

red de computadores, un enlace de radio frecuencia o microondas.

Una estación de teleoperación puede estar compuesta por un computador y, en este

caso, se utilizan los dispositivos de entrada y de salida para interactuar a distancia.

Los dispositivos de entrada pueden ser el teclado y una palanca de control y los de

salida, pueden ser un monitor y los parlantes.


El software que se encuentra en el computador tiene una interfaz gráfica de usuario

que permite interactuar con el robot a distancia. El esclavo es el dispositivo

controlado a distancia, puede ser un móvil, un robot o un brazo mecánico.

Para obtener esta información los robots móviles están provistos de una gran

cantidad de sensores los cuales se encargan de detectar magnitudes físicas, estos

pueden ser de proximidad, posición, inclinación y posiblemente de cámaras de

video, por tal razón en la construcción del software se debe tener en cuenta la

optimización del tiempo en cada tarea.

Además la interfaz hombre máquina debe estar diseñada de tal manera que la

información sea presentada adecuadamente de tal manera que se facilite tanto la

ubicación espacial como el acceso del usuario a la información esencial para así

evitar cuellos de botella.

El esclavo se encuentra en un entorno remoto y se controla a distancia desde una

estación de teleoperación. La persona que lo controla obtiene información del

ambiente en el que se encuentra el robot, esta información es obtenida mediante

sensores, permitiendo al usuario interactuar con el medio ambiente a distancia.

Funcionamiento Del Robot

El robot (esclavo) está controlado por medio de un programa interno con el objeto

de realizar tareas propias y tener mayor autonomía. Este programa esta ubicado en

la memoria de un sistema de procesamiento de datos sea éste un computador, un

DSP (procesador digital de señales), un microprocesador o un microcontrolador.

Los microcontroladores son pequeños computadores provistos de diversas

prestaciones, existe una gran gama lo cual permite adaptarlos en diferentes

aplicaciones, donde su utilización da lugar a estructuras altamente funcionales.


Inteligencia Artificial Dentro del sistema de procesamiento de datos pueden existir

algoritmos que permitan simplificar el trabajo del operador, estos pueden ser

algoritmos de planeación de trayectorias con el objeto de que el robot realice tareas

simples como ir de una posición ( x , y ) a otra ) evitando obstáculos ( x , y utilizando

la información de los sensores, y la de posición que puede ser obtenida mediante el

uso de brújulas electrónicas, triangulación con sensores infrarrojos o un GPS. IV.

Clasificación Y Algunos Desarrollos

La robótica ha evolucionado con rapidez y se han desarrollado diversos tipos de

robots móviles. Algunos de ellos han sido robots teleoperados y otros robots

dotados de cierto grado de autonomía. Los robots teleoperados pueden clasificarse

de la siguiente manera:

Vehículos terrestres no tripulados

Los vehículos terrestres no tripulados se emplean principalmente en operaciones

militares de reconocimiento de terreno e incursión en zonas peligrosas. El desarrollo

de estos proyectos comúnmente es financiado por el departamento de defensa de

los países desarrollados.

Un ejemplo, es el vehículo teleoperado USMC (US Marine Corp) desarrollado por la

compañía Spawar Systems Center (SSC) de San Diego como parte del programa

Ground Air TeleRobotic Systems (GATERS) bajo la dirección de la Unmanned

Ground Vehicle Joint Program Office (UGV/JPO).

Compuesto principalmente de tres módulos: movilidad, vigilancia y armas y provisto

de cámaras de video y micrófonos para lograr telepresencia .

Existen métodos para hacer la evasión de obstáculos en tiempo real como por

ejemplo el campo de fuerza virtual y el histograma de vector de campo, otra ventaja


del uso de la IA es dotar al robot de mayor autonomía, ya que es posible que el

usuario no tenga el tiempo suficiente, para evitar los obstáculos

ANÁLISIS, PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

Análisis de costos

En la implementación de un proyecto debe de considerarse un factor primordial

como lo es el costo total del producto terminado, máquina o sistema a implementar,

ya que según lo que proyecte este resultado se determinará si fuera rentable o no la

implementación del sistema, además se puede determinar si es competitivo frente a

otros sistemas utilizados por otras empresas.

El factor del costo total debe ser considerado según un estudio de mercado local.

De igual manera nos servirá como base para asignarle un precio final en el

comercio local. También debemos considerar que nuestro sistema a implementar

puede romper barreras locales, es decir ser solicitado para criaderos avícolas de

países extranjeros ya que esta industria es muy amplia en el exterior, por tal motivo

debemos considerar costos a nivel de las industrias avícolas en el extranjero.

Por tal motivo se debe considerar aspectos como productos de características

similares, que se venden en el mercado local o que existen en el extranjero y puede

solicitar la contratación de los servicios para la implementación de nuestro sistema

automatizado, previo la cancelación de anticipos para iniciar el diseño y pago total al

término de la implementación, no dejando de lado costo de traslados y viáticos por

ser la implementación en un país extranjero. Para determinar el costo total de la

implementación de nuestro sistema de automatización de un criadero avícola, es

necesario tomar en cuenta los siguientes costos:

• Materiales electrónicos

• Materiales eléctricos

• Materiales mecánicos

• Diseño del sistema electrónico según el área


Conclusiones

La elección locomoción características como el tipo requerida. De una específica del

proyecto de terreno configuración depende de a realizar tales y la velocidad Los

sensores utilizados en un robot dependen del tipo de obstáculos características del

encuentren y las donde se desplace el mismo. móvil que se entorno En el caso

colombiano, el desarrollo de esta clase de tecnología es muy importante, ya que

existen muchas circunstancias en las cuales se emplean operarios para realizar

diversas tareas de alto riesgo, como la explotación minera, la industria química, la

detección, manipulación, eliminación de cargas explosivas y desminado

humanitario.

La implementación de este sistema hará que el microempresario sea capaz de

manejar su patrimonio de una manera cómoda, segura y confiable, reduciendo

notablemente los costos que la microempresa tiene en cuanto a seguridad y mano

de obra en el proceso de la alimentación y control del producto.

Es importante señalar que el desarrollo de este proyecto tanto en el diseño como en

su implementación ha sido interesante y enriquecedor, ya que fue necesario

combinar conocimientos electrónicos y de sistemas.

Por tal razón es de gran interés la investigación y el desarrollo tecnológico en la

ingeniería actual.


Bibliografía

Vesga Ferreira, Juan Carlos; Sinsel, Martin; Muriel, Eduardo. Microcontroladores

Motorola-Freescale: programación, familias y sus distintas aplicaciones en la

industria.

México: Alfaomega Grupo Editor, 2008. p 1.

http://site.ebrary.com/lib/bibliocauladechsp/Doc?id=10804221&ppg=20

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Angulo Usategui, José María; Angulo Martínez, Ignacio; Etxebarria Ruiz, Aritza.

Microcontroladores PIC: diseño práctico de aplicaciones. Primera parte: PIC12F508

y PIC16F84A. Lenguajes Ensamblador, C y PBASIC (4a. ed.).

España: McGraw-Hill España, 2007. p 14.


Copyright © 2007. McGraw-Hill España. All rights reserved.

Angulo Usategui, José María; Romero Yesa, Susana; Angulo Martínez, Ignacio.

Microcontroladores PIC: diseño práctico de aplicaciones. Segunda parte:

PIC16F87X, PIC18FXXXX. (2a. ed.).

España: McGraw-Hill España, 2006. p 52.


Copyright © 2006. McGraw-Hill España. All rights reserved.

Galeano Atehortúa, Gustavo Adolfo. Programación de sistemas embebidos en C,

teoría y prácticas aplicadas a cualquier microcontrolador.

México: Alfaomega Grupo Editor, 2009. p 24.


Copyright © 2009. Alfaomega Grupo Editor. All rights reserved.

Cerón Correa, Alexander. Sistemas robóticos teleoperados.

Colombia: Universidad Militar Nueva Granada, 2009. p 2.


Copyright © 2009. Universidad Militar Nueva Granada. All rights reserved.


http://www.google.com.pe/url?

sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=4&cad=rja&uact=8&ved=0CEMQFj

AD&url=http%3A%2F%2Fdeeea.urv.cat%2Fpublic%2FPROPOSTES%2Fpub

%2Fpdf%2F804pub.pdf&ei=x0hLU5G_I9PC2gXFjYHwBQ&usg=AFQjCNG_S-

x2qWsOmxcJCQRHdJS0C3PtaA&sig2=08T2qM-

riQQUEzwsmdkFxA&bvm=bv.64542518,d.b2I

http://www.google.com.pe/url?

sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0CCoQFjA

A&url=http%3A%2F%2Fitzamna.bnct.ipn.mx%2Fdspace%2Fbitstream

%2F123456789%2F44%2F1%2FPROPUESTASISTEMA.pdf&ei=z1RLU9WMB-

SL2wXi-IHADQ&usg=AFQjCNH66pF4JRiTNqhbWzrGHSRjGZtxzg&sig2=0AHZ-

tHjtMiXbk9FFE03vw&bvm=bv.64542518,d.b2I


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