Proyecto.Ventilador

Proyecto Tpicos I:

Robtica y

Mecatrnica Programacin y diseo de un sistema de

control mediante bluetooth de un ventilador

comn.

Profesor: Sr. Renato Salinas

Alumnos: Italo Curotto

Felipe Silva

Csar Moncado

Benjamn Mora

10-7-2014

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

Facultad de Ingeniera

Departamento de Ingeniera Mecnica

1 | P g i n a

NDICE

Pg.

Resumen del Informe 2

Objetivo General 2

Objetivos Especficos 2

Funcionalidad y Finalidad 3

Idea General 4

Instrumentacin a Utilizar 5

Presupuesto 8

Planificacin 9

Proceso de elaboracin del Proyecto 10

Esquemas de Circuitos 22

Anlisis y Conclusiones 24

Bibliografa 26




2 | P g i n a

Resumen del Informe

El siguiente informe presenta el proyecto a realizar para la asignatura de

tpicos I: robtica y mecatrnica. En esta primera entrega se da a conocer la

idea general del proyecto, el por qu de la eleccin, adems de los materiales

a utilizar para su construccin, los costos asociados y la planificacin mediante

una carta Gantt, luego se muestra el proceso de elaboracin del proyecto,

incluyendo el cdigo de programacin y los pasos de elaboracin, Finalmente

se presentan las conclusiones y la bibliografa consultada.

Objetivo General

Disear, construir y programar un ventilador capaz de encenderse mediante

un sensor de temperatura para luego ser controlado mediante un telfono

celular va bluetooth.

Objetivos especficos

Plantear la finalidad del proyecto.

Reconocer los instrumentos a utilizar.

Establecer el costo del proyecto.

Elaborar la planificacin identificando tareas y plazos.

Construccin del circuito y programacin del arduino.

Obtener un ptimo funcionamiento del proyecto.




3 | P g i n a

Funcionalidad y Finalidad

La finalidad de un ventilador puede ser muy amplia y vasta, su uso ms

comn es hacer circular y renovar el aire en un lugar cerrado para refrescar a

los ocupantes, eliminar olores, etc. La forma en que lo hace consiste en hacer

girar un rodete de aspas mediante un motor elctrico para que estas

produzcan una diferencia de presiones y as aumentar el efecto de transporte

de masa para disminuir la resistencia de transmisin de calor por conveccin.

Su funcionalidad radica en disminuir la transferencia de calor por medio de la

conveccin. Tambin se utiliza para desplazar aire o un gas de un lugar a otro,

dentro de o entre espacios cerrados, para usos industriales o residenciales,

para ventilacin o para aumentar la circulacin de aire en un espacio habitado,

bsicamente se utiliza para refrescar. Por todas estas razones como grupo se

pens que es un elemento indispensable en climas clidos.




4 | P g i n a

Idea General

Aunque existe una gran gama de posibilidades para trabajar con los

ventiladores, ya sea de tipo industrial como: Centrfugos, Helicocentrfugos,

Helicoidales de distintas presiones y caudales. Tambin estn los de uso

domstico, los de oficina y aquellos ms pequeos para usos en partes

especficas de sistemas como por ejemplo los ventiladores de un computador.

Como grupo, se pens en aumentar la comodidad para el usuario al usar un

ventilador domstico, por lo que se le harn modificaciones para lograr esta

tarea impuesta. Especficamente, finalidad que se quiere otorgar al proyecto es

armar un ventilador con la capacidad de encenderse por medio de un sensor

trmico que, para las condiciones de diseo establecidas para la ciudad de

Santiago en verano, se encienda cuando el cuarto, saln u oficina alcance la

temperatura de 24 C, y a su vez por medio del celular controlar la velocidad

en rpm del ventilador mediante un telfono celular a travs de bluetooth a

gusto del usuario sin necesidad de moverse para realizarlo.




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Instrumentacin a Utilizar

Arduino UNO:

Microcontrolador: ATmega328.

Voltaje de entrada: 7-12V.

Pines digitales: 14 de I/O (6 salidas PWM).

Entradas anlogas: 6.

Memoria Flash: 32K.

Velocidad del reloj: 16 Mhz.

Ventilador:

Marca: Thermaltake.

Modelo: Blue AF0046.

Mximo flujo de aire: 65,3 CFM.

Dimetro: 200 mm.

Tensin nominal: 12V.

Sensor de Temperatura:

Marca: One Wire.

Modelo: DS18B20.

Rango de Temperaturas: -55 a 125C.

Precisin: 0.5C (Entre -10 y 85C).

Resolucin: Seleccionable de 9 a 12 bits.




6 | P g i n a

Mdulo Bluetooth Serial:

Marca: iNex.

Modelo: Bluestick.

Velocidad Transferencia datos: 3Mbps.

Voltaje de operacin: 3.3V a 5.5V.

Tecnologa Bluetooth: v2.0.

Protoboard:

Cantidad de puntos de amarre: 400.

Dimensiones: 3,29x2,15.

Pack de Jumpers:

Largo cables: 200 y 100 mm.

Nmero de cables: 21.

Pack de Resistencias:

Cantidad: 5.




7 | P g i n a

Fuente de poder:

Marca:Hui Cheng.

Modelo: HC-11-120060EU.

Input: 100-240V~, 50/60 Hz, 0,5A.

Output: 12Vc, 0,6A.

Ta: 40C.

Conector DC Adaptador Macho:

Jack Barrel: Centro-positivo.

Dimensiones Jack Barrel: 5,5 X 2,1 [mm].

Transistor TIP 31C:

Ic (max): 3A.

Pd: 40W.

BVcbo min: 100V.

BVceo min: 100V.

Vce (sat) max: 1.2V.




8 | P g i n a

Presupuesto

A continuacin se presenta el presupuesto del proyecto de acuerdo a los

materiales utilizados en su construccin:

Material Modelo Lugar de Cotizacin Precio

Ventilador Thermaltake Blue AF0046

PcFactory $ 12.090

Arduino UNO R3 MCI Ltda. $ 14.013

Sensor trmico OneWire DS18B20 MCI Ltda. $ 3.856

Mdulo Bluetooth Bluestick MCI Ltda. $ 14.716

Protoboard Transparente - 400pts MCI Ltda. $ 2.956

Packde Jumpers 12" - 10 MCI Ltda. $ 2.841

Fuente de Poder 12Vc - 0,6A MCI Ltda. $ 4.640

Adaptador DC Para Jack Barrel MCI Ltda. $ 2.332

TOTAL: $ 57.444

Los precios aqu presentados estn dentro del rango de lo ms barato que se

pudo encontrar de acuerdo a los requerimientos planteados para el proyecto.




9 | P g i n a

Planificacin

Con tal de poseer una mayor organizacin durante la realizacin del proyecto

se plantearon diferentes metas en distintas fechas del semestre, suponiendo

en una primera instancia que el proyecto deba presentarse el da 25 de Junio.

La primera carta Gantt confeccionada es la siguiente:

09-05-201414-05-201419-05-201424-05-201429-05-201403-06-201408-06-201413-06-201418-06-201423-06-2014

Eleccin del Proyecto

Identificacin de Objetivos

Investigacin del Proyecto

Diseo del Proyecto

Identificacin de Materiales

Cotizacin de Materiales

Anlisis de Funcionamiento

Diseo del Funcionamiento

Proceso de Fabricacin

Programacin Arduino

Simulacin

Control de Calidad




10 | P g i n a

La operacin real de construccin del proyecto se alarg ms de lo previsto

debido a las dificultades que se fueron presentando durante su construccin. A

continuacin se detalla, mediante una carta Gantt, las fases de construccin

del proyecto.

09-05-2014 19-05-2014 29-05-2014 08-06-2014 18-06-2014 28-06-2014 08-07-2014

Eleccin del Proyecto

Identificacin de Objetivos

Investigacin del Proyecto

Diseo del Proyecto

Identificacin de Materiales

Cotizacin de Materiales

Anlisis de Funcionamiento

Diseo del Funcionamiento

Proceso de Fabricacin

Programacin Arduino

Simulacin

Control de Calidad




11 | P g i n a

Proceso de Elaboracin del Proyecto

Una vez decidido el proyecto a elaborar, se comenz con la seleccin de

materiales. Se buscaron los materiales ms baratos adecuados para abaratar

costos de construccin.

El primer paso a realizar fue la conexin del sensor de temperatura y lograr su

ptimo funcionamiento. Para esto se conecta el sensor a la fuente de 5Vc del

arduino, a la tierra y al pin digital nmero 2 para la lectura de datos. Una vez

hecho esto se procede a la programacin. Para realizar las pruebas se

establece que a una temperatura mayor de 25C se debe encender un LED. El

cdigo para realizar esto es el siguiente:

#include // incluye una biblioteca propia del sensor

int DS18S20_Pin = 2; //seal del sensor en el pin digital 2

OneWire ds(DS18S20_Pin); // en el pin digital 2

int outPin = 11;

void setup(void) {

Serial.begin(9600);

pinMode(outPin, OUTPUT);

}

void loop(void) {

float temperature = getTemp();

Serial.println(temperature);




12 | P g i n a

delay(100); //se hace mas lenta la recepcion de datos para leerlos mas

facilmente

float getTemp(){

//retorna el valor de temperature en grados celsius

byte data[12];

byte addr[8];

if ( !ds.search(addr)) {

//si no hay mas sensors, se reseta la busqueda

ds.reset_search();

return -1000;

}

if ( OneWire::crc8( addr, 7) != addr[7]) {

Serial.println("CRC is not valid!");

return -1000;

}

if ( addr[0] != 0x10 && addr[0] != 0x28) {

Serial.print("Device is not recognized");

return -1000;

}

ds.reset();

ds.select(addr);

ds.write(0x44,1); // comienza la conversin

byte present = ds.reset();

ds.select(addr);




13 | P g i n a

ds.write(0xBE); // Se lee el Scratchpad

for (int i = 0; i < 9; i++) { // se necesitan 9 bytes

data[i] = ds.read();

}

ds.reset_search();

byte MSB = data[1];

byte LSB = data[0];

float tempRead = ((MSB 25){

digitalWrite(outPin, HIGH); //si la temperatura es mayor a 25C, se enciende

}

if (getTemp() < 25){

digitalWrite(outPin, LOW); //si la temperature es menor a 25C, no funciona

}

Una vez comprobado que el cdigo funciona correctamente, se procede a la

instalacin del ventilador. Para esto se us un transistor TIP 31C, ya que el

voltaje de funcionamiento del ventilador es de 12v, por lo que fue necesario

instalarlo para comandarlo mediante el arduino. Se conecta el arduino a la




14 | P g i n a

base del transistor con una resistencia en paralelo de 1K para reducir

voltaje. El cable negativo del ventilador va a al colector del transistor y el

emisor del transistor se conecta a la tierra del arduino. Luego en paralelo al

colector y al emisor se conecta un diodo para proteger el transistor de del

voltaje cuando el ventilador est detenido. La fuente se conecta directamente

al ventilador (cable positivo) y a la tierra del arduino (cable negativo).

Realizada esta conexin se realiza una prueba idntica a la anterior con el

sensor de temperatura, solo que se reemplaza el LED por la conexin a la base

del transistor. Una vez que se hizo funcionar el ventilador, se procede a aadir

el mdulo bluetooth.

El mdulo bluetooth serial se conecta de la siguiente manera. La salida TX

del mdulo va directamente a la entrada RX del arduino, en cambio la

entrada RX del mdulo va conectada a travs de una resistencia de 1K a la

salida TX del arduino. El mdulo se energiza con 3.3v, conectndolo a esta

fuente del arduino y a la tierra. Una vez conectado se realiza la programacin

para poder controlar el ventilador a travs de un puerto PWM, la cual es la

siguiente:

#define START_CMD_CHAR '*'

#define END_CMD_CHAR '#'

#define DIV_CMD_CHAR '|'

#define CMD_DIGITALWRITE 10

#define CMD_ANALOGWRITE 11

#define CMD_TEXT 12

#define CMD_READ_ARDUDROID 13

#define MAX_COMMAND 20 // numero maximo de codigos de comando

usados para chequear error.




15 | P g i n a

#define MIN_COMMAND 10 // nmero mnimo de cdigos de comando usados

para chequear errores

#define IN_STRING_LENGHT 40

#define MAX_ANALOGWRITE 255

#define PIN_HIGH 3

#define PIN_LOW 2

String inText;

void setup(void) {

Serial.begin(9600);

void loop(void) {

Serial.flush();

int ard_command = 0;

int pin_num = 0;

int pin_value = 0;

char get_char = ' '; //lee el serial

// espera por datos entrantes

if (Serial.available() < 1) return; // si el serial esta vacio, retorna al loop

// analiza el commando de partida entrante

get_char = Serial.read();

if (get_char != START_CMD_CHAR) return; // si no hay commando, retorna

al loop




16 | P g i n a

// analiza el tipo de commando entrante

ard_command = Serial.parseInt(); // lee el comando

// analiza el numero de pin entrante y el valor

pin_num = Serial.parseInt(); // lee el pin

pin_value = Serial.parseInt(); // lee el valor

// Obtener el Analogwrite desde el software del celular

if (ard_command == CMD_ANALOGWRITE) {

analogWrite( pin_num, pin_value );

return; // Done. return to loop();

}

}

Finalizadas estas pruebas se ve la posibilidad de leer el valor de la temperatura

directamente en el celular, para esto se introduce este cdigo dentro del void

loop:

// Enviar datos al software del telefono

if (ard_command == CMD_READ_ARDUDROID) {

Serial.print(" Analog 0 = ");

Serial.println(analogRead(A0));

return; // se realiza, vuelve al loop

}




17 | P g i n a

Luego, la ltima fase es hacer funcional el modulo bluetooth junto al sensor,

para esto se deben cambiar las condiciones. Se establece que para una

temperatura menor a 25C no debe funcionar, para una temperatura igual a

25C se enciende en ventilador, y para una temperatura mayor a 25C el

modulo tiene el control del ventilador. El cdigo final se presenta a

continuacin:

#include // incluye una biblioteca propia del sensor

int DS18S20_Pin = 2; //seal del sensor en el pin digital 2

OneWire ds(DS18S20_Pin); // en el pin digital 2

#define START_CMD_CHAR '*'

#define END_CMD_CHAR '#'

#define DIV_CMD_CHAR '|'

#define CMD_DIGITALWRITE 10

#define CMD_ANALOGWRITE 11

#define CMD_TEXT 12

#define CMD_READ_ARDUDROID 13

#define MAX_COMMAND 20 // numero maximo de codigos de comando

usados para chequear error.

#define MIN_COMMAND 10 // nmero mnimo de cdigos de comando usados

para chequear errores

#define IN_STRING_LENGHT 40

#define MAX_ANALOGWRITE 255

#define PIN_HIGH 3

#define PIN_LOW 2




18 | P g i n a

int outPin = 11;

String inText;

void setup(void) {

Serial.begin(9600);

pinMode(outPin, OUTPUT);

}

void loop(void) {

float temperature = getTemp();

Serial.println(temperature);

delay(100); //se hace mas lenta la muestra de datos para leerlos mas

facilmente

float getTemp(){

//retorna el valor de temperature en grados celsius

byte data[12];

byte addr[8];

if ( !ds.search(addr)) {

//si no hay mas sensores, se resetea la busqueda

ds.reset_search();

return -1000;

}

if ( OneWire::crc8( addr, 7) != addr[7]) {

Serial.println("CRC is not valid!");

return -1000;




19 | P g i n a

}

if ( addr[0] != 0x10 && addr[0] != 0x28) {

Serial.print("Device is not recognized");

return -1000;

}

ds.reset();

ds.select(addr);

ds.write(0x44,1); // comienza la conversin

byte present = ds.reset();

ds.select(addr);

ds.write(0xBE); // Se lee el Scratchpad

for (int i = 0; i < 9; i++) { // se necesitan 9 bytes

data[i] = ds.read();

}

ds.reset_search();

byte MSB = data[1];

byte LSB = data[0];

float tempRead = ((MSB




20 | P g i n a

if (getTemp() == 25){

digitalWrite(outPin, HIGH); //si la temperatura el igual a 25C, se enciende

}

if (getTemp() < 25){

digitalWrite(outPin, LOW); //si la temperatura es menor a 25C, no funciona

}

if (getTemp() > 25){ //si la temperatura es mayor a 25C, controla el bluetoot

Serial.flush();

int ard_command = 0;

int pin_num = 0;

int pin_value = 0;

char get_char = ' '; //lee el serial

// espera por datos entrantes

if (Serial.available() < 1) return; // si el serial esta vacio, retorna al loop

// analiza el commando de partida entrante

get_char = Serial.read();

if (get_char != START_CMD_CHAR) return; // si no hay commando, retorna

al loop

// analiza el tipo de commando entrante

ard_command = Serial.parseInt(); // lee el comando




21 | P g i n a

// analiza el numero del pin entrante y el valor

pin_num = Serial.parseInt(); // lee el pin

pin_value = Serial.parseInt(); // lee el valor

// Obtener el Analogwrite desde el software del celular

if (ard_command == CMD_ANALOGWRITE) {

analogWrite( pin_num, pin_value );

return; // Done. return to loop();

}

}

// Enviar datos al software del telefono

if (ard_command == CMD_READ_ARDUDROID) {

Serial.print(" Analog 0 = ");

Serial.println(analogRead(A0));

return; // se realiza, vuelve al loop

}

}




22 | P g i n a

Esquemas de Circuitos

Esquema circuito arduino




23 | P g i n a

Esquema Elctrico:




24 | P g i n a

Anlisis y Conclusiones

Finalizada la construccin del proyector y logrado su funcionamiento, cabe

destacar el gran logr que se realiz. Comenzando el proyecto con poco

conocimiento en la materia, se debi estudiar cada aspecto del

funcionamiento, logrando una gran compresin de los circuitos y la

programacin arduino.

Una vez que se comenz con el proyecto se encontraron varios problemas

para poder trabajar, cosas tan simples como disponibilidad de los integrantes

del grupo a situaciones ms complejas, ya sea, la programacin del arduino o

de no considerar elementos para el desarrollo del ventilador y tener que

detener los tiempos de trabajo para poder comprar los artculos faltantes.

Los casos ms significativos son los siguientes:

La primera dificultad consisti en la programacin del sensor trmico. Al

comprarlo, el grupo no se percat que era digital y no analgico por lo

que la programacin era diferente a la que se habia buscado, as que se

tuvo que modificar el script para hacerlo funcionar. Despus de

investigar se logr hacer funcionar el sensor de temperatura. Hecho esto

se establecieron las condiciones. La primera fue que el sensor diera la

partida con el comando if, en que la temperatura lmite de encendido

es de 25C.

Otra dificultad que hubo fue la de programacin del mdulo bluetooth

junto con el sensor, ya que se debi coordinar las acciones en conjunto

para que las ordenes de ambos no se superpusieran. Haciendo que el




25 | P g i n a

sensor actuara a los 25 grados exactos, y que para las temperaturas

mayores a esas fuera controlado desde el celular. Esto se hace con una

aplicacin descargada (Ardudroid) que controla las rpm del ventilador en

sincronizacin con el modulo bluetooth puesto en el arduino. Adems

una vez descargado este software, se observ la posibilidad de mostrar

en el celular las temperaturas entregadas por el sensor, as que se

decidi afrontar este desafo, teniendo xito finalmente.

Otra dificultad fue la de no considerar las reducciones de voltaje internas

del circuito, incluso la reduccin desde el ventilador hacia el arduino

porque el este funciona con 12v, mientras que el arduino entrega 5v

desde los puertos PWM. Ante esta disyuntiva, se compr un transistor y

una fuente de 12v para as controlar el ventilador desde el arduino.

En cuanto al funcionamiento del proyecto, se observa que se reducen y

aumentan las revoluciones de giro del ventilador, pero no de la manera que

se esperaba, ya que la reduccin o aumento no es muy fluida. Se cree que

esto se debe algn detalle en la programacin no descubierto por el grupo,

por lo que queda pendiente como desafo grupal personal.

Finalmente se puede decir que los objetivos se concretaron a cabalidad, el

proyecto funciona sin mayores problemas, con contratiempos en su

construccin que fueron solucionados paso a paso de acuerdo a sus

apariciones.




26 | P g i n a

Bibliografa

Pginas de internet:

www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r75177.PDF

www.olimex.cl

www.pcfactory.cl

http://electronicsclub.info/transistorcircuits.htm

http://www.techbitar.com/ardudroid-simple-bluetooth-control-for-

arduino-and-android.html

http://www.forosdeelectronica.com/f11/conectar-motor-12v-dc-

transistor-3313/index2.html

http://bildr.org/2011/03/high-power-control-with-arduino-and-tip120/

http://itp.nyu.edu/physcomp/Tutorials/HighCurrentLoads

http://www.cortoc.com/p/arduino.html

http://www.trastejant.es/circuitos/arduinoBluetooth.html

http://www.tecnosalva.com/pr%C3%A1cticas-3-y-4-arduino-control-

motor-y-servomotor

https://code.google.com/p/fritzing/issues/detail?id=875

http://fritzing.org/home/

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