proyecto final control automático

integrantes:

FECHA:

CONTROL AUTOMÁTICO

CURSO:

Pamela Barrazueta 430 Alexandra Flores 538 Jaime Suárez 476 Diego Intriago R. 48

Séptimo “A”

FINANCIERO

INTEGRANTES:

CURSO:

FECHA: Viernes, 31 de julio del 2015

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA

DE CHIMBORAZO

Facultad de Informática y Electrónica Escuela de Ingeniería Electrónica en Telecomunicaciones y Redes

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA

Escuela de Ingeniería Electrónica en Telecomunicaciones y Redes

FIE 2

Implementación del control de la distancia a una determinada

velocidad en una pista de autos

1. DATOS GENERALES:

NOMBRE: (estudiante(s) CÓDIGO(S): (de estudiante(s)

Pamela Barrazueta 430

Alexandra Flores 538

Jaime Suárez 476

Diego Intriago R. 48

2. OBJETIVO(S):

2.1. GENERAL

Analizar la estabilidad de un sistema de control para que a una determinada

velocidad se controle la distancia a la que se encuentra un auto.

2.2. ESPECÍFÍCOS

Establecer un rango de velocidad para que al momento de sobrepasar estos límites

salga una señal de aviso en una pantalla LCD

Vincular la información generada con el sensor ultrasónico de distancia y el sistema

PWM, para determinar si un vehículo sobrepasa o no los límites de velocidad.

3. INTRODUCCIÒN Al conducir un vehículo motorizado, tanto el ocupante como los otros conductores e incluso

los peatones que se encuentran cerca al vehículo están en riesgo de sufrir lesiones por un

accidente si el vehículo circula a alta velocidad. Este factor ocasiona accidentes de tránsito,

de ahí surge la idea de realizar este proyecto con el cual se pretende cuidar la vida humana,

realizando una maqueta en donde se simulará el funcionamiento de un automóvil el cual se

moverá con una pista controlada por un micromotor, y se controlará con un sensor

ultrasónico desde una determinada distancia si se ha sobrepasado o no los límites de



FIE 3

velocidad, haciendo que se muestre una señal de aviso en una pantalla LCD si se ha

excedido en la velocidad y si el vehículo circula dentro de los límites establecidos no

sucederá nada. El diseño e implementación de un control de velocidad a una distancia

determinada resultó ser la mejor opción cuando se trata de reducir la velocidad en

carreteras, obligando al conductor a mantener una velocidad totalmente maniobrable para

evitar cualquier percance y sufrir las consecuencias de un accidente en la vía.

4. MARCO TEÓRICO

Un sistema automático de control es un conjunto de componentes físicos conectados o

relacionados entre sí, de manera que regulen o dirijan su actuación por sí mismos, es decir sin

intervención de agentes exteriores (incluido el factor humano), corrigiendo además los posibles

errores que se presenten en su funcionamiento.

Actualmente, cualquier mecanismo, sistema o planta industrial presenta una parte actuadora, que

corresponde al sistema físico que realiza la acción, y otra parte de mando o control, que genera las

órdenes necesarias para que esa acción se lleve o no a cabo.

Necesidad y aplicaciones de los sistemas automáticos de control

En la actualidad los sistemas automáticos juegan un gran papel en muchos campos, mejorando

nuestra calidad de vida:

En los procesos industriales:

- Aumentando las cantidades y mejorando la calidad del producto, gracias a la producción

en serie y a las cadenas de montaje.

- Reduciendo los costes de producción.

- Fabricando artículos que no se pueden obtener por otros medios.

Arduino

Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un

entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos

multidisciplinares.

El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos de entrada/salida.

Los microcontroladores más usados son el Atmega168, Atmega328, Atmega1280, ATmega8 por su

sencillez y bajo coste que permiten el desarrollo de múltiples diseños. Por otro lado el software

consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje de programación

Processing/Wiring y el cargador de arranque (boot loader) que corre en la placa.



FIE 4

Al ser open-hardware, tanto su diseño como su distribución es libre. Es decir, puede utilizarse

libremente para el desarrollo de cualquier tipo de proyecto sin haber adquirido ninguna licencia.

Figura1. Arduino

Entrada PWM

La modulación por ancho de pulsos también conocida como PWM de una señal o fuente de

energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (una

senoidal o una cuadrada, por ejemplo), ya sea para transmitir información a través de un

canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga.

La construcción típica de un circuito PWM se lleva a cabo mediante un comparador con dos

entradas y una salida. Una de las entradas se conecta a un oscilador de onda dientes de

sierra, mientras que la otra queda disponible para la señal moduladora. En la salida la

frecuencia es generalmente igual a la de la señal dientes de sierra y el ciclo de trabajo está

en función de la portadora. La principal desventaja que presentan los circuitos PWM es la

posibilidad de que haya interferencias generadas por radiofrecuencia. Éstas pueden

minimizarse ubicando el controlador cerca de la carga y realizando un filtrado de la fuente

de alimentación.

LCD (Led Preventivo)

Una pantalla de cristal líquido o LCD es una pantalla delgada y plana formada por un

número de píxeles en color o monocromos colocados delante de una fuente de luz o

reflectora. A menudo se utiliza en dispositivos electrónicos de pilas, ya que utiliza

cantidades muy pequeñas de energía eléctrica.

http://es.wikipedia.org/wiki/Sinusoide

http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_cuadrada

https://es.wikipedia.org/wiki/P%C3%ADxel

https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica



FIE 5

Figura 2. LCD

Micromotor

Este micromotor ESTÁNDAR relación 50:1 de alta calidad esta diseñado para trabajar a 6Vdc, este

motor puede trabajar en un rango de 3 a 9 Vdc pero se recomienda trabajarlo en voltajes no

superiores a 6Vdc, este motoreductor hace parte de la familia microm.

Figura3. Micromotor

Sensor Ultrasónico de distancia

Los ultrasonidos son antes que nada sonido, exactamente igual que los que oímos

normalmente, salvo que tienen una frecuencia mayor que la máxima audible por el oído

humano. Ésta comienza desde unos 16 Hz y tiene un límite superior de aproximadamente

20 KHz, mientras que nosotros vamos a utilizar sonido con una frecuencia de 40 KHz. A

este tipo de sonidos es a lo que llamamos Ultrasonidos. El funcionamiento básico de los

ultrasonidos como medidores de distancia se muestra de una manera muy clara en el

siguiente esquema, donde se tiene un receptor que emite un pulso de ultrasonido que

rebota sobre un determinado objeto y la reflexión de ese pulso es detectada por un receptor

de ultrasonidos.



FIE 6

Figura4.Funcionamiento sensor ultrasónico

La mayoría de los sensores de ultrasonido de bajo coste se basan en la emisión de un pulso

de ultrasonido cuyo lóbulo, o campo de acción, es de forma cónica. Midiendo el tiempo que

transcurre entre la emisión del sonido y la percepción del eco se puede establecer la

distancia a la que se encuentra el obstáculo que ha producido la reflexión de la onda

sonora, mediante la fórmula:

𝒅 =𝟏

𝟐𝒗𝒕

Donde V es la velocidad del sonido en el aire y t es el tiempo transcurrido entre la emisión y

recepción del pulso.

FUNCIONES DE TRANSFERENCIA

ARDUINO - PWM

Función de transferencia =𝐾

𝑆+

𝐾

5.34 + 𝑆



FIE 7

LCD

𝐹𝑢𝑛𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = 𝑅𝑒(𝑠)

Re= Resistencia= 1000ῼ

SENSOR ULTRASÓNICO DE DISTANCIA

𝐹𝑢𝑛𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 =0.017 + 𝑘

𝑆2



FIE 8

5. DESARROLLO

DIAGRAMA DE BLOQUES

R(S): Señal de frecuencia de objeto

Y(S): Datos de exceso o no exceso de velocidad

SIMPLIFICACIÓN DE DIAGRAMAS DE BLOQUES

ARDUINO (PWM)

𝐾

𝑆+

𝐾

5.34 + 𝑆

LCD

1000

SENSOR

ULTRASÓNICO

0.017 + 𝑘

𝑆2

R(S) Y(S)

Medida de

velocidad a

cierta

distancia



FIE 9

DIAGRAMA DE FLUJO

𝑇(𝑠) =∑ ∆ 𝑖. 𝑝𝑖

∆(𝑠)

LI= -G1.G2

pi= G1G2

∆(𝑠) = 1 + 𝐺1𝐺2

(𝐾

𝑆+

𝐾

5.34+𝑆)1000

Señal de

distancia

𝑆2 + 5341𝑆

𝑆3 + (5.34 + 90𝐾)𝑆2 − (17 + 𝐾)

R(S)

0.017 + 𝑘

𝑆2

Y(S)

R(s) A B

C

+1

-1

G1 G2

H1

Y(s)



FIE 10

𝑇(𝑠) =𝐺1. 𝐺2

1 + 𝐺1𝐺2𝐻1

𝑇(𝑠) =1 + (

𝐾𝑆 +

𝐾5.34 + 𝑆

)1000

1 + (𝐾𝑆 +

𝐾5.34 + 𝑆

)10000.017 + 𝐾

𝑆2

T(s)= 𝑆2+5341𝑆

𝑆3+(5.34+90𝐾)𝑆2−(17+𝐾)

MÉTODO DE ROUTH AND HOURTWITS

P(s)= 𝑆3 + (5.34 + 90𝐾)𝑆2 − (17 + 𝐾)

𝒔𝟑 1 0

𝒔𝟐 5.34+90k -17+k

𝒔𝟏 a0=1.7+𝑘

5.34+90𝑘 a1=0

𝒔𝟎 b0=-1.7+k b1=0

𝑎0 =|

1 05.34 + 90𝐾 −17 + 𝐾

|

5.34 + 90𝑘=

1.7 + 𝐾

5.34 + 90𝐾

𝑎1 =|

1 05.34 + 90𝐾 0

|

5.34 + 90𝑘=

0

5.34 + 90𝐾= 0



FIE 11

𝑏0 =

|5.34 + 90𝐾 −17 + 𝐾

1.7 + 𝐾5.34 + 90𝐾

0|

1.7 + 𝐾5.34 + 90𝐾

=0 −

28.9 + 𝐾5.34 + 90𝐾1.7 + 𝐾

5.34 + 90𝐾

= −1.7 + 𝑘

𝑏1 =

|5.34 + 90𝐾 0

1.7 + 𝐾5.34 + 90𝐾

0|

1.7 + 𝐾5.34 + 90𝐾

= 0

k>0

k-1.7>0

k<1.7

u(s)=5.34 + 90(1.7)𝑠2 − 3.4

u(s)=153𝑠2 + 1.94

𝑠2 = −0.01

S1=0.1j

S2=-0.1j

DIAGRAMA DE BODE

>> sh=tf([0 1 5341 0],[1 95.34 0 -18])

sh =

s^2 + 5341 s

--------------------



FIE 12

s^3 + 95.34 s^2 - 18

Continuous-time transfer function.

>> v=logspace(-1,2,100);

>> bode(sh,v);

LUGAR GEOMETRICO DE LAS RAICES

>> sh=tf([0 1 5341 0],[1 95.34 0 -18])

sh =

s^2 + 5341 s

--------------------

s^3 + 95.34 s^2 - 18

Continuous-time transfer function.



FIE 13

>> rlocus(gh)

6. FUNCIONAMIENTO El sistema propuesto trata del funcionamiento de un automóvil el cual se moverá con una pista

controlada por un micromotor, y se controlará con un sensor ultrasónico desde una determinada

distancia si se ha sobrepasado o no los límites de velocidad, haciendo que se muestre una señal

de aviso en una pantalla LCD, si se ha excedido en la velocidad se encenderá una luz roja, si está

en una velocidad media se encenderá una luz amarilla y si la velocidad es baja se encenderá una

luz verde. El rango de distancia donde el sistema es estable es de 3cm a 51 cm.

El rango de velocidad es: en velocidad baja cinco vueltas, velocidad media 6 vueltas y velocidad

alta 10 vueltas.



FIE 14

El TCRT 5000 funciona como un tacómetro, este sensor se compone, básicamente, de un emisor

de LED infrarrojo y un foto-transistor responsable por filtrar la luz natural y capturar señales de

infrarrojos o no. Él tiene un escudo que separa el emisor del receptor y en función de la

reflectividad de la superficie es capaz de detectar el color (en una escala NEGRO y BLANCO) cada

vez que detecta el color blanco cuenta una vuelta.

En la pantalla LED se muestra el tiempo, las revoluciones y la distancia

7. MATERIALES 1 Micromotor de 50 a 1

Sensor ultrasónico

LCD

Arduino

2 7805

2 1N4148

Led rojo, amarillo y verde

Resistencias 220

Trimmer 10k

Espaladines hembra

Borneras de 2 contactos

Molex de 4 contactos

Baquelita

Ácido

Buzzer

TCRT5000

Mosfet IRFP 150

2 4N25

8. APLICACIONES El presente proyecto fue diseñado para tratar de reducir los accidentes de tránsito en las carreteras

del país, más no el cobro de multas por infracciones y arrestos a los infractores, por ello cada vez

que un conductor rebase los límites de velocidad tendrá que cancelar una multa logrando así

concienciar en la ciudadanía el respeto a las leyes de tránsito.



FIE 15

9. CONCLUSIONES El proyecto presente demostramos analíticamente y prácticamente la estabilidad del

sistema.

Los sensores ultrasónicos no pueden reemplazar a un radar pero pueden ser de gran

utilidad para mediciones pequeñas.

El software Matlab nos ayudó de gran manera en el desarrollo del proyecto ya que gracias a

él los cálculos se nos facilitaron y fueron más exactos.

10. RECOMENDACIONES Enfocar el sonar del sensor bien hacia el objeto para que no haya errores en la medición.

No configurar el sensor ultrasónico para que su umbral de medición sea el máximo ya que

puede existir muchos errores.

El actuador puede ser cambiado por muchos otros como por ejemplo alarmas, cámaras que

toman fotos, etc.

11. BIBLIOGRAFÍA

http://repositorio.uide.edu.ec/bitstream/37000/174/1/T-UIDE-0113.pdf

http://www.alcabot.com/alcabot/seminario2006/Trabajos/DiegoPerezDeDiego.pdf

http://tierra.aslab.upm.es/documents/PFC/PFC_EGilaberte.pdf

https://uvadoc.uva.es/bitstream/10324/3407/2/PFC-P-78%3B79.pdf

http://www.juntadeandalucia.es/averroes/~23005153/d_tecnologia/bajables/2%20bachillerato/SIST

EMAS%20AUTOMATICOS%20DE%20CONTROL.pdf

http://repositorio.uide.edu.ec/bitstream/37000/174/1/T-UIDE-0113.pdf

http://www.alcabot.com/alcabot/seminario2006/Trabajos/DiegoPerezDeDiego.pdf

http://tierra.aslab.upm.es/documents/PFC/PFC_EGilaberte.pdf

https://uvadoc.uva.es/bitstream/10324/3407/2/PFC-P-78%3B79.pdf



FIE 16

ANEXOS



FIE 17



FIE 18



FIE 19



FIE 20



FIE 21

Código Programación Arduino #include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2);

#include <Ultrasonic.h>

Ultrasonic ultrasonic(12,11);

const int led2=13;

const int led3=8;

const int led1=A5;

const int zu=A6;

const int spin=9;

const int mosf=10;

const int pul1 = A1;

const int pul2 = A2;

int d=1;

int spul1 = 0;

int spul2 = 0;

int var;

const int releReedPin = 9;

int vueltas = 0;

int estadoRele = 0;

int ultimoEstadoRele = 0;

long tiempo_anterior = 0;

long tiempo_una_rev = 0;

unsigned long tiempo_ahora;

long rpm,i=10;

void setup()



FIE 22

{

lcd.begin(16, 2);

pinMode(releReedPin, INPUT);

Serial.begin(9600);

pinMode(led1, OUTPUT);



pinMode(zu, OUTPUT);

pinMode(mosf, OUTPUT);

pinMode(pul1, INPUT);

pinMode(pul2, INPUT);

}

void loop() {

spul1 = digitalRead(A0);

spul2 = digitalRead(A2);

var=ultrasonic.Ranging(CM);

if (spul1 == HIGH)

{

d=2;

delay(10);

}

if (spul2 == HIGH)



FIE 23

{

d=1;

delay(10);

}

if (d==2)

{

estadoRele = digitalRead(releReedPin);

if (estadoRele != ultimoEstadoRele) {

if (estadoRele == HIGH)

{

analogWrite(mosf, i);

vueltas++;

i=i+5;

tiempo_ahora =millis();

tiempo_una_rev = tiempo_ahora - tiempo_anterior;

rpm = 60000 / tiempo_una_rev; // 1 minuto = 60000 ms

if(i>=0 && i<=80)

{

digitalWrite(led1, HIGH);



FIE 24

digitalWrite(led2, LOW);


digitalWrite(A6, LOW);


delay(5);

}

if(i>=81 && i<=180)

{




digitalWrite(A6, LOW);


delay(5);

}

if(i>=180 && i<=255)

{




digitalWrite(A6, HIGH);


delay(5);



FIE 25

}

if(i>=255)

{

i=0;

}

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print("Tiempo RPM:");

lcd.print(tiempo_una_rev);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("RPM: ");

lcd.print(rpm);

lcd.print(" L: ");

lcd.print(var);

delay(200);

lcd.clear();

}

else {

tiempo_anterior = tiempo_ahora;



FIE 26

}

}

ultimoEstadoRele = estadoRele;

}

if (d==1)

{

lcd.print(" Apagado");

analogWrite(mosf, 0);

}

}

proyecto final control automático

Documents