Subido por jose carlos castilla baquero

paso 3 microprocesadores y microcontroladores

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PASO 3 DISEÑO DEL PROYECTO
MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES
Tutor:
Grupo:
Presentado por:
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD
ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA
2023
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INTRODUCCIÓN
En el marco de la búsqueda constante por optimizar procesos y mejorar la eficiencia en
entornos industriales, la automatización se ha convertido en un pilar fundamental para el desarrollo y la
evolución de diversas industrias. En este contexto, se presenta la oportunidad de abordar la
automatización del laboratorio de calidad de la empresa.
El propósito de este trabajo es explorar a fondo las características y la arquitectura de un
microcontrolador, así como su integración con los puertos de entrada y salida (IƒO), su configuración, la
gestión de la pila y la conexión, con el objetivo de aplicar estos conocimientos en la solución al desafío
planteado por el curso. El enfoque se centrará en el diseño y simulación de un sistema de
automatización que permita el control preciso del acceso mediante la apertura y cierre de las dos
puertas del laboratorio, además del manejo de la iluminación en ambos espacios de trabajo.
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RESUMEN
Para este trabajo se utilizó los programas de simulación de circuitos electrónicos Proteus e IDE
de Arduino, donde mediante información adquirida en los recursos del curso microprocesadores y
microcontroladores, se realiza el diseño de un sistema automatizado para el encendido de luces y el
control de acceso de las puertas de dos laboratorios, Primero se diseñó el circuito a implementar en el
software Proteus, donde se utilizó elementos como tarjeta Arduino uno, sensores LDR para la simulación
de la luz natural, unos LEDs para la simulación de la iluminación de los laboratorios, un driver L298 para
controlar dos motores DC que simulan la apertura y cierre de puertas y dos switches que simulan sensor
de inicio y fin de carrera, posteriormente se creó el código para tarjeta Arduino uno mega mediante la
aplicación IDE Arduino, donde se definió las variables y procesos de bucle para el funcionamiento
correcto del sistema así como la configuración para que muestre los mensajes por pantalla LCD i2C y
cumpla los requerimientos del laboratorio.
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OBJETIVOS
−
Adquirir comprensión sobre los conceptos y principios claves relacionados con sistemas
embebidos y Arduino, incluyendo sus componentes y capacidades.
−
Diseñar y simular un sistema de automatización que permita la apertura y cierre de puertas de
laboratorio en función de la presencia de operarios y el control de la iluminación según la luz
natural disponible.
−
Utilizar el software de programación Arduino y el software de simulación Proteus para
desarrollar el código necesario y diseñar el circuito que cumpla con los requisitos del sistema de
automatización.
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La actividad consiste en:
Se plantea como proyecto a desarrollar en todo el curso el diseño de un sistema de control y
automatización de un laboratorio de Calidad para la empresa Bambo la cual tiene como función la
producción de pan integral:
Nota importante: Dado que la estrategia de aprendizaje del curso es basada en proyectos, se
plantea el proyecto a desarrollar por medio de 5 pasos, que van a estar divididos en las diferentes
unidades, por lo tanto, tenga en cuenta que es solo un proyecto en todo en curso y para este paso 3 se va
a desarrollar una parte de este siguiendo estas indicaciones:
Actividades que debe desarrollar el estudiante de forma Individual
1. El estudiante debe revisar los referentes bibliográficos presentados en la Unidad 3 que se
encuentran en el entorno de aprendizaje, de forma tal que deben adquirir los conceptos sobre las tarjetas
de desarrollo y sistemas embebidos como Arduino.
2. El estudiante hace revisión de los materiales que se van a utilizar para realizar el diseño y
simulación del circuito que responda a la solución del proyecto propuesto en el paso 3:
− Software de programación Arduino (Ilustración 1): El cual se utiliza para programar la tarjeta
Arduino ya sea en simulación o de forma física, puede descargar el software siguiendo este enlace:
https:ƒƒwww.arduino.ccƒ
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− Software de simulación Proteus (Ilustración 2): Este se utiliza para realizar el diseño del circuito
junto con la tarjeta Arduino para simular el comportamiento y resultados del diseño realizado, puede
descargar la versión de prueba siguiendo este enlace: https:ƒƒwww.labcenter.comƒdownloadsƒ
− Librerías para Proteus de la tarjeta Arduino (Opcional): estas librerías sirven para realizar el
diseño del circuito y simulación en Proteus con el modelo de la tarjeta Arduino de forma física, pueden
realizar la búsqueda en internet ya que existen varias versiones y opciones de descarga según el autor.
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Actividades a desarrollar de forma Grupal
1. Teniendo en cuenta que la empresa Bambo está solicitando la automatización del laboratorio
para la producción del pan integral en el presente paso se va a realizar el diseño y simulación del sistema
de automatización, para ello el grupo va a realizar la siguiente actividad:
Para el paso 3 del proyecto propuesto se desea realizar un sistema de apertura y cierre de las 2
puertas que tiene el laboratorio de calidad de la empresa Bambo y control de la iluminación de los 2
laboratorios
Teniendo en cuenta que se desea realizar la automatización de apertura y cierre de las puertas,
realice la programación y simulación teniendo en cuenta lo siguiente:
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• Puerta 1: Cuando se active un sensor en el piso y el operario esté de pie frente a la puerta, esta
se abre, cuando el operario ya no esté de frente en la puerta, esta se cierra
• Puerta 2: Cuando se active un sensor en el piso y el operario esté de pie frente a la puerta, esta
se abre, cuando el operario ya no esté de frente en la puerta, esta se cierra
• Utilizar dos sensores de luz (pueden utilizar fotorresistencias) para determinar la cantidad de
luz que se encuentran en todo momento en cada uno de los laboratorios, si el porcentaje de luz natural
en el laboratorio 1 se encuentra en el rango de 100% y el 60%, la lampara del laboratorio 1 está apagada,
una vez baje más del 60% hasta el 0% de luz natural, la lampara del laboratorio 1 se enciende, para el
laboratorio 2 tener en cuenta que el porcentaje de luz natural si se encuentra en el rango de 100% y el
40%, la lampara del laboratorio 2 está apagada, una vez baje más del 40% hasta el 0% de luz natural, la
lampara del laboratorio 2 se enciende.
Teniendo en cuenta las instrucciones anteriores realice la programación en el software Arduino y
diseñe el circuito en el software de Simulación Proteus teniendo en cuenta:
a. Muestre mediante una pantalla LCD 16x2 (Opcional: para mayor comodidad pueden utilizar
una pantalla LCD 20x4) la puerta a la cual se tiene acceso, por otra parte, debe presentar los siguientes
mensajes de acuerdo con el momento de apertura o cierre de la puerta: “Abriendo puerta X”, “Puerta
Abierta”, “Cerrando Puerta X” y “Puerta Cerrada”.
En esta misma pantalla LCD se debe mostrar el porcentaje de luz del laboratorio 1 y del laboratorio
2, e indicar en qué momento se enciende cada una de las lámparas.
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b. Realice el montaje y diagrama esquemático de los motores que mueven cada una de las puertas
y los sensores de inicio y fin de carrera para la apertura y cierre de estas.
Para el desarrollo de la solución, se comenzó con el diseño del circuito mediante el software
Proteus, iniciando con el uso de simulación de tarjeta Arduino uno:
Imagen 1. Modelo Tarjeta Arduino de Proteus.
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Luego su usaron dos LEDs de color verde para laboratorio 1 y azul para el laboratorio 2, que
simularan las lámparas para su respectivo encendido y apagado:
Imagen 2. Modelo de LEDs y sus resistencias de Proteus.
Para la simulación de la luz natural, se usa los sensores LDR o fotorresistencias:
Imagen 3. Modelo de LDR y sus resistencias de Proteus.
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Se ha usado el driver L298, para el control de la dirección del giro y la velocidad de los motores
DC:
Imagen 4. Modelo del driver L298 de Proteus.
Se han usado dos motores DC, para simular la apertura y cierre de las puertas:
Imagen 5. Modelo de los motores DC de Proteus.
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Para la simulación de los sensores de inicio y fin de carrera se ha usado switches de los modelos
SW−SPST de Proteus:
Imagen 6. Modelo de switch SW−SPST de Proteus.
Y para mostrar los mensajes se ha usado pantalla LCD I2C de proteus:
Imagen 7. Modelo de pantalla JHD−2X16−I2C de Proteus.
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Con elementos seleccionados en Proteus, se comienza con el diseño, montaje y conexionado de
cada elemento para su funcionamiento, el software nos permite el cableado y conexionado a tierra, así
como el ingreso del voltaje requerido para el funcionamiento del circuito.
Imagen 8. Diseño del circuito en Proteus.
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Teniendo listo el diseño del circuito con se respectivo conexionado se procede con la
configuración del código Arduino, que nos permitirá la automatización de la solución, según los
requerimientos del diseño solicitado:
Primero se hace el llamado de las librerías requeridas y la declaración de las variables:
Imagen 9. Declaración de variables en IDE Arduino.
Luego se realiza la configuración del Void−setup función se ejecuta una vez al inicio del programa
y se utiliza principalmente para:
Inicializar pines: Establecer los pines como entrada o salida, configurar el estado inicial de los
pines, asignar valores iniciales a variables, preparar estructuras de datos, configurar variables de control.
Inicializar comunicaciones serie (Serial), configurar dispositivos como pantallas LCD, sensores, motores.
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Imagen 10. Void−setup en IDE Arduino.
Ahora se realiza la configuración del void−loop que es el núcleo del programa Arduino entra en
un ciclo infinito en el que ejecuta continuamente el código dentro de loop (). Esta función se ejecuta una
y otra vez, permitiendo que el dispositivo Arduino realice tareas programadas como la forma como se
encienden los LEDs y la activación y desactivación de los motores:
Imagen 11. Void−loop en IDE Arduino.
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Imagen 12. Void−loop en IDE Arduino.
Imagen 13. Void−loop en IDE Arduino.
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Imagen 14. Void−loop en IDE Arduino.
Con el código desarrollado se hace la copia del archivo. hex del IDE Arduino a la tarjeta Arduino
simulada en el programa Proteus.
Imagen 15. Archivo. hex en IDE Arduino.
Imagen 16. Archivo. hex copiado en Tarjeta Arduino en Proteus.
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Se procede con la simulación y validación de su correcto funcionamiento.
Imagen 17. Simulación del circuito corriendo en Proteus.
Imagen 18. Simulación del circuito corriendo en Proteus.
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Imagen 19. Simulación del circuito corriendo en Proteus.
Imagen 20. Simulación del circuito corriendo en Proteus.
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CONCLUSIONES
En conclusión, en relación con la automatización de apertura y cierre de puertas, el diseño e
implementación del sistema cumplió con los requisitos establecidos. Se logró un funcionamiento
eficiente utilizando sensores de proximidad para detectar la presencia del operario frente a las puertas.
La apertura y cierre de las puertas se ejecutaron correctamente cuando el operario estaba o dejaba de
estar frente a ellas, garantizando un flujo seguro y eficaz en el acceso a los laboratorios. En cuanto al
control de la iluminación en los laboratorios, se emplearon sensores de luz (fotorresistencias) para
monitorear el nivel de luz natural en cada espacio. El sistema diseñado permitió ajustar
automáticamente la iluminación en función del porcentaje de luz natural disponible. Se establecieron
rangos específicos de luz para determinar cuándo encender o apagar las lámparas en cada laboratorio,
contribuyendo así a la eficiencia energética y al confort ambiental. La programación en Arduino se
implementó con éxito para gestionar tanto el funcionamiento de las puertas como el control de la
iluminación. Se utilizó una pantalla LCD 16X2 I2C para mostrar información relevante, como el estado de
las puertas (abiertas o cerradas). Además, la pantalla LCD mostró de manera precisa el porcentaje de luz
natural en cada laboratorio y señaló el momento en el que se activaban las lámparas, facilitando así la
monitorización del sistema.
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