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CAPITULO IV

RESULTADOS

En este capítulo se exponen los resultados obtenidos de la

investigación, referente al desarrollo del diseño de un sistema de medición de

distancia por ultrasonidos.

Presentación y descripción de los resultados.

Se presentará seguidamente la descripción de cada una de las

etapas llevadas a cabo durante la elaboración de este sistema hasta la

presentación de los resultados de las pruebas, así como el análisis de estos.

Descripción general

La realización de este trabajo de investigación se planteo en varias

fases. La primera consistió en describir la propuesta del proyecto y el estudio

en la selección de los dispositivos, para ser implementados durante la

construcción del sistema de medición. En su segunda fase, consistió en el

desarrollo del modulo de campo o sistema de medición el cual se dividió en

tres partes:

1. Etapa de diseño.

2. Etapa de software.

3. Etapa de pruebas y simulaciones.

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Por ultimo una tercera fase, comprendió el análisis de los resultados,

estudio de factibilidad económica y técnica del proyecto.

Fases del proyecto

Descripción de la propuesta

Para desarrollar el sistema de medición de distancia por ultrasonidos,

se comenzó realizando de manera general un diagrama con imágenes

alusivas al proyecto, como se muestra en la figura 4.1, con el fin de dar una

idea práctica del funcionamiento.

Figura 4.1 Diagrama Práctico del Sistema de Medició n por Ultrasonido

Fuente: Elaboración propia

Para explicar sencillamente partimos desde el usuario, este obtendrá

mediante un programa en el computador, todos los datos adquiridos de las

mediciones. La comunicación en este caso del individuo y el medidor, se

basa en una comunicación inalámbrica, por donde se envían y reciben datos.

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Nuestro medidor tiene la versatibilidad de capturar mediciones cuando se las

soliciten y enviarlas por los transmisor/receptor, cerrando así el ciclo hombre

maquina hasta obtener las variables medidas.

De esta forma se plantea el sistema totalmente automatizado,

inalámbrico y a su vez portátil, con grandes ventajas, para ser

implementados en diversas aplicaciones, donde se necesite mediciones

sobre todo de tipo sin contacto directo.

Figura 4.2 Diagrama de Bloque de Sistema de Medició n por Ultrasonido


Ahora en la figura 4.2 presentada anteriormente, se representan en el

diagrama cada uno de los bloques enfocado más a la electrónica, con las

partes que conforman el proyecto. Estos fueron dos sensores encargados de

hacer la medición del eco correspondiente con la distancia del objeto, otro

encargado de medir la temperatura, y obtener la distancia en función de esta

ultima variable, un microcontrolador donde sucesivamente van estas señales,

cuya función es llevar control del proceso y enviar las variables para realizar

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los cálculos necesarios del sistema, además de transmitir y recibir

información en forma serial desde los módulos de radiofrecuencia.

Todo esto alimentado a través de una batería y reguladores de voltaje

que componen la alimentación del equipo, integrando el medidor que estará

ubicado siempre en el sitio donde se apliquen las mediciones. Por ultimo

todos los datos se mostrarán en el computador a través de un software

previamente configurado en la etapa de visualización integrando la interfaz

de control de usuario.

La siguiente figura 4.3 nos muestra el funcionamiento general del

sistema de medición en 6 pasos.

Figura 4.3 Funcionamiento en Bloques del Sistema d e Medición por Ultrasonido


Al momento de iniciar una medición, abrimos el software donde se

realizaron los cálculos e interfaz entre el sistema y el usuario, seguidamente

se procede a conectar el modulo de radiofrecuencia a través del puerto USB

(Universal Serial Bus) del computador de tal forma que sea reconocido por

el programa y asignado al mismo para capturar los datos provenientes de los

sensores.

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Una vez conectado los equipos y encendido el modulo o medidor

donde están los sensores, en el software iniciamos una corrida del programa

que de manera inmediata, comenzará a mostrar los datos de la distancia y la

temperatura en los instantes que se solicite dicha información. Además

simultáneamente llevará un historial en una tabla de cada una de sus

mediciones hechas. Todo esto hasta que el usuario decida parar la corrida

programa y así culminar la medición.

Selección de dispositivos

En este proyecto una de las partes importantes y fundamentales,

resulta ser la búsqueda, selección, de un transductor emisor-receptor de

ultrasonido. Después de una larga búsqueda se localizaron varios modelos

con características diferentes. Dentro de las posibilidades de adquisición y

las necesidades requeridas, el dispositivo utilizado comúnmente fue el

400ST/R160, como se muestra en la figura 4.4 ofrecido por la empresa

Daventech®, el emisor (T) y el receptor(R).

Figura 4.4 Transductores 400ST/R160

Fuente:http://www.snailinstruments.com/pics/400str.jpg

Antes de la elección del dispositivo ultrasónico se hizo

comparaciones de 4 sensores y son expuestos en la tabla 4.1.

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Tabla 4.1 Comparación de diferentes tipos de sensores de ultras onidos.

Nombre del Sensor Características Relevantes

Precio

Unitario

(Bsf)

400sT/R160

Distancia Minima: 3 cm

85,00

Distancia Máxima: 300 cm

Frecuencia central: 40.0 + 1.0 Khz

Angulo de emisión total 55° típico (-6db)

Temperatura de operación -30° a 80°C

Máx. Voltaje de 20 Vrms

No posee precontrol

SRF04

Tensión: 5V

105,00

Consumo 30 mA Tip. 50 mA Máx.

Frecuencia: 40 Khz.



Angulo de Emisión total 50°

Posee precontrol

LV-MaxSonar®- EZ3™

Frecuencia: 42 Khz

290,00

Tensión de 2.5 a 5V



La corriente recomendada. La capacidad de

3mA para 5V, y 2mA para 3V.

Posee precontrol

PING)))™Ultrasonic

Distance Sensor (#28015)

Frecuencia: 40 Khz

290,00

Tensión: 5V



Consumo 30 mA Tip. 35 mA Máx.

Posee precontrol

Fuente: Elaboración propia, fecha 20/02/2010

El proceso de búsqueda y adquisición del transductor, por diversas

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situaciones, tomando en cuenta sugerencias brindadas por especialistas del

tema y disponibilidad en el mercado, nos llevo a la elección de 1 dispositivo

que funciona como transductor y tiene acoplado un sistema de precontrol,

que posee ya integrado transductores del tipo 400ST/R160.

El PING # 28015, este sensor mencionado anteriormente se utilizara

para la medición de distancia, perteneciente a la compañía Parallax, Sensor

tiene una forma de operación muy similar al SRF04.

Este sensor ultrasónico de distancia PING))) permite efectuar la

medición de distancia de objetos colocados entre 3 cm y 3.3 m, es fácil de

conectar y requiere únicamente para su operación un Terminal de entrada

/salida del microcontrolador como se observa en la figura 4.5.

Figura 4.5 Sensor de Distancia Ultrasónico Ping #2 8015

Fuente:http://www.msebilbao.com/tienda/images/28015.jpg

El funcionamiento de este poderoso sensor se basa en la utilización

de ondas ultrasónicas, que se caracterizan porque su frecuencia supera la

capacidad de audición de los seres humanos. Como sabemos el oído

humano es capaz de detectar ondas sonoras de frecuencias comprendidas

entre unos 20 y 20000 Hertz, esto se le conoce como espectro audible. Toda

señal sonora que se encuentre por encima de este rango, se cataloga como

ultrasónica.

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El sensor PING transmite una ráfaga ultrasónica y mide el tiempo

que demora el eco en ser recibido. Este eco se produce cuando las ondas

sonoras golpean un objeto que se encuentra dentro del rango de medición

del PING))).

El sensor PING))) entrega una salida en forma de un pulso digital que

es proporcional al tiempo requerido por el ultrasonido para ir desde el módulo

emisor, golpear contra un objeto y regresar hasta el receptor. Para lograr que

el microcontrolador obtenga la medición de distancia de un objeto colocado

frente al PING))), basta con medir la duración de este pulso y aplicar un

sencillo cálculo para obtener el resultado. Este sensor es una buena elección

para aplicaciones donde se requiera efectuar la medición de distancia entre

objetos fijos o móviles. También puede ser usado en robótica, sistemas de

seguridad o como reemplazo de sistemas basados en infrarrojo. En la

siguiente figura 4.6 se mostrara las conexiones del sensor ultrasónico y las

señales que capta y emite durante su funcionamiento.

Figura 4.6 Funcionamiento del sensor de distancia P ing #28015

Fuente: Hoja de especificaciones técnicas del Ping #28015

En la siguiente tabla 4.2 se mostrara las características técnicas

para su correcto funcionamiento.

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Tabla 4.2 Características Técnicas del PING #28015

Tensión 5V

Consumo 30 mA tip; 35 mA Max.

Frecuencia: 40 Khz

Distancia Minima: 3cm


Diodo LED indicador de actividad. Si

Pulso de Disparo: Pulso ascendente TTL con duración mínima

de 5us.

Pulso de Eco Pulso ascendente TTL comprendido entre

115 us y 18.5 ms.

Tiempo entre disparo y pulso de eco 750 us.

Tiempo de emisión del ultrasonido 200 us.

Tiempo mín de espera entre medidas 200 us.

Tamaño: 22x46x16 mm.

Angulo de emisión Cónico de 25°

Peso: 10 gr.

Fuente: Hoja de especificaciones técnicas del PING #28015

Dentro de las características mencionadas, resulta de gran

importancia recalcar una de ellas, el ángulo de emisión. Este ángulo indica el

área que abarca la onda sónica expansiva. Dicha información resulta útil,

para determinar ciertas condiciones y características del lugar donde se

ubicará el dispositivo y se realizarán las pruebas del sistema. Esto revela

que, para poder detectar objetos en línea recta no se debe estar presente

ningún otro cuerpo, en el trayecto de la onda a 25° del emis or.

A continuación la figura 4.7 muestra el área que abarca la onda

ultrasónica emitida. Esta área comprende 25° a la derech a del emisor y 25° a

la izquierda del mismo, por lo cual, el área total implica 50° formando un

triangulo isósceles, siendo su vértice superior la ubicación del

emisor/receptor de ultrasonido.

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Figura 4.7 Angulo de Emisión

Fuente: www.superrobotica.com

Hay que tomar en cuenta para una buena medición. Ningún objeto

debe encontrarse dentro del área de emisión. De esta forma será detectado

solamente el objeto deseado. Para mas detalles sobre el sensor ultrasónico

ver anexo 1.

Con respecto al sensado de la temperatura se tomaron en cuenta los

dispositivos LM 35 y el LM 335 cuya tabla 4.3 se observan la comparación

de las características de ambos.

Tabla 4.3 Comparación de Sensores de Temperatura CARACTERISTICAS LM 35 LM 335

Tipo de medición °C °K Rango de Medición -55º a +150ºC 233°K a 373°K Escala de Factor Lineal No lineal

Rango de Operación 4 a 30V

0 a 5V

450uA a 5mA Circuito de Acople NO SI Impedancia de salida Baja Baja


Debido a que el dispositivo LM 35 es un sensor de temperatura con

una precisión calibrada de 1ºC, un rango que abarca desde -55º a +150ºC,

salida lineal que equivale a 10mV/ºC, resulta de mayor ventaja para la

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aplicación de este proyecto, porque se evitaría el uso de circuitos de acople y

mayor utilización de componentes. Además posee virtudes al poder usarse

para compensar un dispositivo de medida sensible a la temperatura ambiente

como el PING 28015, refrigerar partes delicadas de un robot o bien para

muestrear temperaturas en el transcurso de alguna operación sobre un

sistema. Para conocer mayores características de este dispositivo ver

anexo 2.

Para la etapa del control del sistema, se hizo uso del

microcontrolador PIC18F4550, un PIC de cuarenta pines que se puede

aprecia en la figura 4.8.

Figura 4.8 Presentación en capsula del micro PIC18 F4550

Fuente: http://media.digikey.com/photos/Microchip%20Tech%20Photos/150-40-DIP.jpg

Para mas información acerca del conexionado de pines del

PIC18F4550, se encuentra detallado en el anexo 3 de esta investigación.

En cuanto a la transmisión de datos, nuestro sistema es inalámbrico.

El modulo de campo encargado de sensar las variables, procesar y enviar los

datos, requiere de un módulo transmisor/receptor de radiofrecuencia para

permitir la comunicación entre el usuario y la parte operativa, de manera que

en conjunto formar el sistema de medición.

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Para ello previo estudio y comparaciones entre dispositivos

disponibles en el mercado, que funcionan como módulos de radiofrecuencia,

se seleccionó el módulo el XBee de la compañía MaxStream (ver anexo 4),

este funciona bajo el protocolo Zigbee, permite que dispositivos electrónicos

de bajo consumo puedan realizar sus comunicaciones inalámbricas siendo

especialmente útil para redes de sensores en entornos industriales, médicos

y sobre todo domóticos; todo esto destacado en el capitulo II.

En la siguiente figura 4.9 se mostrara el modulo xbee que funciona

como un transceiver a una frecuencia de 2.4 Ghz junto al xbee Explorer usb.

Figura 4.9 Modulo Xbee Serie 1 y Xbee Explorer U SB de la compañía Maxstream

Fuente: Guía del Usuario, MCI Electronics, Desarrollada por Andrés Oyarce

Es ideal para establecer una base inalámbrica como en nuestro

proyecto, debido que tendremos un primer transmisor/receptor XBee y el

XBee Explorer USB como conector usb y fuente de voltaje para el modulo.

La figura 4.10 muestra a continuación las conexiones mínimas que

necesita el módulo XBee para poder ser utilizado, que fue implementada en

nuestro modulo de campo. Luego de esto, se debe configurar el dispositivo

según el modo de operación adecuado para la aplicación requerida por el

usuario.

42

Figura 4.10 Conexiones mínimas requeridas para el Xbee


El módulo requiere una alimentación desde 2.8 a 3.4 V, la conexión a

tierra y las líneas de transmisión de datos por medio del UART (TXD y RXD)

para comunicarse con un microcontrolador, o directamente a un puerto serial

utilizando algún conversor adecuado para los niveles de voltaje.

Esta configuración, no permite el uso de Control de Flujo (RTS &

CTS), por lo que ésta opción debe estar desactivada en el _ ODEM_ do y en

el módulo XBee. En caso que se envíe una gran cantidad de información, el

buffer del módulo se puede sobrepasar. Para evitar esto existen dos

alternativas:

• Bajar la tasa de transmisión

• Activar el control de flujo.

Los módulos XBee, pueden operar en 5 modos como se observa en la

figura 4.11, pero para nuestro funcionamiento bastara con conocer 2 modos

transmitir/recibir y el que trae por defecto modo transparente, que a fin de

cuenta es el que vamos a implementar:

43

Figura 4.11 Modos de operación del modulo Xbee.


Modo recibir/transmitir: Se encuentra en estos modos cuando el módulo

recibe algún paquete RF a través de la antena (modo Recibir) o cuando se

envía información serial al buffer del pin 3 (UART Data in) que luego será

transmitida (modo Transmitir).

La información transmitida puede ser Directa o Indirecta. En el modo

directo la información se envía inmediatamente a la dirección de destino. En

el modo Indirecto la información es retenida por el módulo durante un período

de tiempo y es enviada sólo cuando la dirección de destino la solicita.

Además es posible enviar información por dos formas diferentes. Unicast y

Broadcast.

Por la primera, la comunicación es desde un punto a otro, y es el

único modo que permite respuesta de quien recibe el paquete RF, es decir,

quien recibe debe enviar un ACK (paquete llamado así, y que indica que

recibió el paquete, el usuario no puede verlo, es interno de los módulos) a la

dirección de origen. Quien envió el paquete, espera recibir un ACK , en caso

de que no le llegue, reenviará el paquete hasta 3 veces o hasta que reciba el

ACK . Después de los 3 intentos se incrementa el registro de fallas ACK en

44

uno. Para ver el conteo se utiliza el comando EA (ATEA en el Modo de

Comandos– ACK Failures), el cual se satura hasta 0xFFFF (65535

decimales).

Para resetear el registro se debe ingresar ATEA0 . En el modo

Broadcast la comunicación es entre un nodo y a todos los nodos de la red.

En este modo, no hay confirmación por ACK .

Modo de Conexión Transparente: Esta es la conexión que viene por defecto

y es la forma más sencilla de configurar el módem. Básicamente todo lo que

pasa por el puerto UART (DIN, pin 3), es enviado al módulo deseado, y lo

recibido en el módulo, es enviado devuelta por el mismo puerto UART

(DOUT, pin2).

Existen básicamente 4 tipos de conexión transparente. La diferencia

principal radica en el número de nodos o puntos de acceso, y la forma en que

éstos interactúan entre sí. Dentro de este modo de operación explicaremos

solo el utilizado en el desarrollo de nuestro sistema de medición.

Punto a Punto: Es la conexión ideal para reemplazar comunicación serial por

un cable y la que utilizaremos en nuestro sistema de medición. Sólo se debe

configurar la dirección. Para ello se utilizan los comandos MY y el DL. La

idea, es definir arbitrariamente una dirección para un módulo, usando el

comando MY, el cual se va a comunicar con otro que tiene la dirección DL,

también definida arbitrariamente. Con esto cada módulo define su dirección

con MY, y escribe la dirección del módulo al cual se desea conectar usando

DL.

En este modo, el módulo receptor del mensaje envía un paquete al

módulo de origen llamado ACK (viene de Acknowledgment) que indica que el

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mensaje se recibió correctamente. En la siguiente figura 4.12 se muestra un

pequeño ejemplo donde las direcciones se eligieron arbitrariamente:

Figura 4.12 Configuración modulo 1


Se observa que en el módulo 1, se ajustó la dirección de origen como

0x3BA2 (ATMY3BA2), mientras que la dirección de destino se asignó como

0xCC11 (ATDLCC11) que corresponde al módulo 2. En el otro módulo se

observa lo siguiente a través de la figura 4.13.

Figura 4.13 Configuración modulo 2


En este módulo se asignó como dirección de origen 0xCC11

(ATMYCC11) y como dirección de destino 0x3BA2 (ATDL3BA2) que

corresponde al módulo 1. La siguiente figura 4.14 muestra un ejemplo gráfico

de lo anterior.

46

Figura 4.14 Conexión punto a punto.


En la figura anterior se muestra que la primera conexión es una

punto a punto, utilizando direccionamiento de 16 bits, mientras que la

segunda utiliza direccionamiento de 64 bits. Una vez configurado, el módem

se encuentra listo para funcionar. Así todo lo que se transmite por el pin DIN

de un módulo, es recibido por el pin DOUT del otro. Para que el modo Punto

a Punto funcione, los módulos deben pertenecer a la misma PAN ID y al

mismo canal.

Desarrollo del sistema de medición

Para la construcción y diseño del sistema de medición se dividió el

proceso en tres etapas:

• Etapa de diseño del hardware.

• Etapa de software.

• Etapa de pruebas.

Etapa de diseño del hardware

Esta etapa consiste en el diseño del circuito que dará funcionalidad

en su totalidad al equipo que conforma el sistema de medición por

ultrasonido.

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Para la realización de los diseños de circuitos que componen al

medidor de distancia, se hizo uso del software Proteus v7.2 SP6.

A continuación se describe el funcionamiento del microcontrolador

18f4550, los sensores ping #28015 de parallax y el LM 35 como se muestra

en la figura 4.15.

Figura 4.15 Circuito de medición de temperatura y d istancia


Esta parte compuesta por los componentes mencionados tienen por

objetivo captar la temperatura y el eco de los sensores para realizar la

medición de distancia.

Externamente a través del computador se envía una petición de

medición que recibe el microcontrolador PIC18f4550 en forma serial por el

pin RC7. Dicho pin del microcontrolador inicia la secuencia de medida, es

decir, envía un pulso de activación al sensor de 2 a 5 us que incita al mismo

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a emitir una ráfaga de ultrasonidos para iniciar el proceso. Los sensores

#28015 de parallax transmiten un tren de pulsos de 8 ciclos a 40KHZ.

Luego de enviar y recibir dicha cadena de pulsos en un periodo de

200 us a 40 KHZ, el sensor tomando un tiempo de 750 us luego de recibir el

pulso de activación, automáticamente emite hacia el microcontrolador una

señal cuadrada de 0 - 5V cuyo nivel alto (5V) variará de acuerdo a la

distancia a que se encuentre el objeto a medir. Cabe destacar que el tiempo

mínimo en nivel alto o el ancho del pulso estará comprendido entre 115 us y

18.5 ms. Por encima de eso estará en presencia de un objeto fuera de su

alcance de medición. Una vez concluido estos tres pasos que se pueden

apreciar en la figura 4.16. También es importante mencionar que el sensor

toma un tiempo de 200 us entre medidas y así poder comenzar nuevamente

otra medida.

Figura 4.16 Pasos en la obtención del eco p ara calcular distancia


Una vez apreciada la figura anterior se debe mencionar que en los

pulsos de activación se debe garantizar que la salida del microcontrolador a

través de los pines RA1 y RA2 parta desde 0 a 5V generando flanco de

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subida que es fundamental para que el sensor se active además de tener la

precaución al momento de que este emita el eco en el paso 3 que el

microcontrolador tenga los pines mencionados como entradas ya que de

estar como salidas podrían generar daños a los sensores ultrasónicos.

Para la medición de la temperatura utilizando el sensor lineal LM 35

cada vez que se recibe la petición en forma serial al igual que los sensores

ultrasónicos. El microcontrolador a través del pin RA0 configurado como

entrada analógica captura el nivel de tensión en función de la temperatura

que es 10mv/°C y utilizando el conversor analógico di gital a resolución de 10

bits se obtiene un valor que nos permitirá posteriormente saber la

temperatura en ese instante.

De esta forma el circuito de la figura 4.15 cada vez que tiene una

variable proveniente de un sensor, las transmite en forma serial a los

módulos de radiofrecuencia XBee que se encargaran de enviarlos en forma

inalámbrica hacia al el otro módulo que estará conectado al computador,

para que a través de software, aplicar cálculos matemáticos y mostrar en

pantalla los resultados.

En la figura 4.17 se puede observar las conexiones de los módulos

XBee. Se destaca que los módulos XBee cuentan con indicación interna de

cuando envía y recibe datos, bien sea en forma serial para el

microcontrolador o inalambricamente hacia el otro modulo. Además de estas

indicaciones en el microcontrolador se observaran por medio de dos diodos

led cuando se recibe y transmiten datos en forma serial hacia uno de estos

módulos desde el microcontrolador.

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Figura 4.17 Circuito transmisión y recepción inalám brica


Como es un dispositivo portátil, este no podrá estar conectado a una

fuente de alimentación constante, como por ejemplo la fuente de

alimentación de los laboratorios, por tanto habrá que usar baterías. Estas

tienen la ventaja de que se pueden recargar.

Como se puede observar en la figura 4.18 una batería de 9V

alimenta a todos los componentes del sistema, pero utilizando dos

reguladores variables LM 317 obtenemos un voltaje fijo de 3.3v con el que

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se alimenta el modulo de radiofrecuencia XBee y otro configurado para tener

5V para alimentación del microcontrolador y demás componentes que

conforman el sistema de medición de distancia ultrasónico. El regulador de

5v cuenta con un led de indicación para saber cuando esta alimentado el

equipo.

Figura 4.18 Circuito reguladores de voltaje de 3.3V y 5V


En la figura 4.19 se muestra todas las partes que constituyen al

diseño del hardware de nuestro sistema de medición.

52

Figura 4.19 Circuito de completo del sistema .


53

Etapa de diseño del software

Esta etapa consiste de la programación del microcontrolador para que

pueda funcionar como sistema inteligente y del software implementado para

la realización de cálculos e interfaz con el usuario.

1. Descripción de formulas

El objetivo de este sistema es medir la longitud entre el sensor y un

determinado objeto tomando la temperatura como base importante para

obtener el valor de dicha distancia, utilizando para ello un sensor LM 35 y dos

sensores ultrasónicos. Cada uno de ellos con su transmisor y receptor, que

basándose en el tiempo que tarda la señal en ir y regresar hasta un

obstáculo, a través de un eco, nos brinda una señal cuadrada variable que

se puede medir fácilmente con suficiente precisión y exactitud a través del

microcontrolador.

A continuación se presenta de manera detallada la teoría física

básica y la descripción de las formulas implementadas en los cálculos que se

necesitaron para el desarrollo del programa en el software que servirá para la

interfaz del usuario.

En primer lugar comenzará con la ecuación 4.1 que sirve para medir

la distancia d recorrida por un móvil donde esta presente la velocidad V y el

tiempo t.

TVd ××=2

1 EC 4.1

Cabe destacar que en esta formula el tiempo t es el periodo que

tarda en ir y regresar el eco por lo que es necesario dividir entre 2 para tomar

la distancia correcta.

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Para la obtención de la velocidad, nuestros sensores ultrasónicos

tienen su formula propia de acuerdo a sus especificaciones técnicas en

función de la temperatura en grado centígrados, que se muestra a

continuación.

Velocidad s

m)6,0(5,331 CTemp°×+= EC4.2

Como la velocidad del aire EC 4.2 viene expresada en función de la

temperatura se presenta a continuación la ecuación aplicada una vez

capturado este dato proveniente del LM 35 a través del microcontrolador.

[ ]CTempC

mVVLM °×

°= 10

35 EC4.3

La ecuación 4.3 nos brinda el voltaje del LM 35 donde despejaremos

la Temp [°C] en las EC 4.4, 4.5, 4.6 mostradas a continuación.

[ ]C

mVV

CTemp LM

°

=°10

35 EC4.4

[ ]3

3

35 10

10

10

1 ×°××=°mV

CVCTemp LM EC4.5

[ ] 10035 ×=° LMVCTemp EC4.6

La ecuación 4.6 nos brinda el valor de la temperatura, de forma que

al ser multiplicarlo por la EC 4.7 de nuestro convertidor analógico digital del

microcontrolador configurado a una resolución de 10 bits, nos dará la formula

final (EC 4.9) para obtener la temperatura captada por el LM 35.

1023

5

11024

5

12Re

10

VOVVVVsolución =

−−=

−−=

−+

EC4.7

55

En la ecuación 4.7. V+ y V- son voltaje de referencias configurados

para definir el rango del voltaje de entrada en el conversor analógico. En este

caso 5V y tierra (0V) que es nuestra alimentación.

[ ] soluciónVCTemp LM Re10035 ××=° EC4.8

[ ]1023

50035 ×=° LMVCTemp EC4.9

Sustituyendo la EC 4.7 en 4.8 nos queda la ecuación 4.9 que se

implementara finalmente en nuestro software para calcular la temperatura del

LM35.

Con el valor de la temperatura en centígrados podemos calcular la

velocidad en m/s con la EC 4.2. La transformación de la velocidad de m/s a

cm/us es llevada en la EC 4.10.

scmVelocidad

m

cm

s

s

s

ms

mVelocidad µµ=××=

1

100

10

16

EC 4.10

Ya con todas las variables en las unidades correspondientes se

procederá a la sustitución de los datos en la EC 4.11 que se implementa en

el software para el cálculo final de las distancias vista por cada sensor.

( )2

tan / sTiempoVelocidadciaDis scm

cm

µµ ×= EC4.11

Para culminar se toma los valores de las 2 distancias y se determina

su valor promedio mostrando este último dato finalmente junto al valor de la

temperatura.

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2. Diagrama de flujo del código de programa

El código de programa fue realizado usando como soporte la

herramienta de programación PIC o CCS, orientada a la programación y

compilación para PICs que tiene como lenguaje de programación básico

lenguaje C. Si desea observar el código de programación utilizado para la

configuración del microcontrolador, ver el anexo 5.

A continuación se detallara los diferentes diagramas de flujo que

representan el código de programa.

El diagrama de la figura 4.20 consiste en el programa principal

ejecutado por el microcontrolador. Una vez recibida la señal de alimentación

o activación del sistema.

Figura 4.20 Diagrama de flujo del programa principa l


Internamente en el PIC se procederá a la configuración de los

puertos a utilizar y definición de las variables globales que se implementaran

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a lo largo del programa, así como también la configuración del convertidor

analógico digital con la entrada del PIN A0 como analógica.

El timer 1 con oscilador interno y a preescaler 1:1. Esto nos ofrecerá

un tick de incremento del contador de 1us para un ciclo de reloj externo de

4Mhz. Seguidamente se habilita la interrupción por recepción de datos en

forma serial por el pin RC_7 y la interrupción global entrando seguidamente

en un ciclo de espera ante una activación de interrupción por RDA.

El diagrama 4.21 muestra la función de la interrupción por RDA o

recepción de datos en forma serial.

Figura 4.21 Diagrama de flujo de la interrupción po r RDA


58

Una vez que el usuario activa el software y envía una petición de

datos, se genera dicha interrupción en el microcontrolador, donde se captura

una variable guardada en comando y de acuerdo al caso se emite un

conjunto de instrucciones y llamadas a funciones para capturar las variables

de los dos sensores ultrasónicos y de temperatura respectivamente.

Cabe destacar en este diagrama de flujo visto anteriormente, se

puede observar además de las llamadas a funciones, la puesta en nivel alto

del pin BO que nos indica la recepción de un comando. Además

internamente dependiendo del comando también tenemos el pin B1 que nos

indica en nivel alto la captura de las variables de los sensores y la

transmisión de estas en forma serial hacia los modulos de radiofrecuencia

conectados en los pines del microcontrolador específicamente RC6 y RC7.

Finalmente una vez se haya ejecutado los comandos se colocan a

nivel bajo los pines B1 y B0 respectivamente además de la limpieza por

software de las bandera que se activan cuando se genera la interrupción

por RDA y así volver habilitar las interrupción global.

Para continuar tenemos los diagramas de las funciones cálculo de

distancia 1 y 2 (figura 4.22) que nos permiten captar la variable de los

sensores ultrasónicos mediante la técnica de medición del ancho de un pulso

cuadrado a través del timer_1 ambas idénticas en cuanto a su estructuras y

pasos, pero con variables de distintos nombres. Ya que por analogía

realizan las mismas iteraciones, las explicaremos ambas simultáneamente.

Al llamar esta función de cálculo de distancia se coloca en nivel bajo

tanto disparo eco_ 1 y 2 (pines A1 y A2 respectivamente) con una demora

59

de dos microsegundos, con el fin de garantizar un flanco de subida al

momento de iniciar el pulso de activación en los dos sensores ultrasónicos.

Figura 4.22 Diagramas de flujo para la captura del pulso variable de los sensores

ultrasónicos


Seguidamente, se colocan a nivel alto durante 5 microsegundos y

luego a nivel bajo dando así la señal de activación. Como el sensor tiene un

pin que automáticamente trabaja como entrada y luego como salida

debemos de programar al microcontrolador para que los pines A1 y A2

operen de igual forma según sea lo deseado.

Cuando el microcontrolador envió el pulso de activación,

seguidamente coloca los pines A0- A3 a través de los registros internos de

configuración de puertos como entradas digitales y se queda esperando un

60

flanco de subida que es el inicio del pulso variable en función del eco que

mide la distancia dado por el sensor. En el momento de recibir este flanco

por los pines A1 y A2 respectivamente el microcontrolador coloca el timer_1

a cero y nuevamente se configura para esperar un flanco de bajada y en

ese instante capturar el valor del timer 1 que nos es más que el ancho en

microsegundos en que estuvo en nivel alto dicho pulso.

Seguidamente el programa aplica una demora de 200

microsegundos como garantía de tiempo entre medidas y coloca del puerto

A, los pines A1, A2 (variables definidas como Disparo_Eco_1 y

Disparo_Eco_2 en nuestras funciones) como salidas y luego a nivel bajo.

Otra función presente es Calc_temperatura del diagrama 4.23 que

se encarga de tomar el dato proveniente del LM 35 a través del PIN AO

configurado como analógico cuya variable aux_s lee el valor proveniente del

conversor analógico configurado previamente en el programa principal.

Figura 4.23 Diagrama de flujo para la captura de t emperatura del LM 35 a

través del convertidor analógico digital


Para culminar con los programas ejecutados en el microcontrolador

tenemos el Diagrama de Flujo 4.24 de la función transmitir_datos.

61

Figura 4.24 Diagrama de flujo para la transmisión de datos digito a digito


Cada vez que se llama lleva internamente la variable ha ser

transmitida en dicha rutina. En esta función se cuenta con variables locales

de tipo entero, cuyo objetivo es saber el valor del dato que se va enviar,

descomponerlo en dígitos que van desde el mas significativo (d1) hasta el

menos significado (d5), a través de restas y sumas sucesivas. El proceso

comienza cuando se pregunta si el dato (aux) es mayor que cero, si se

cumple la condición se aplica una resta y se vuelve a preguntar. Si sigue

siendo mayor que cero se incrementa una variable, se vuelve a preguntar si

62

es un número positivo, de no ser así, se aplica una suma igual al valor

restado anteriormente y se comienza nuevamente el proceso.

De esta forma se sabrá cuanto vale la variable aux, enviar su valor

digito por digito del más significativo al menor de ellos, enviarlo serialmente a

los modulos de radiofrecuencias y estos al software para posteriores cálculos

con dichas variables.

3. Control e Interfaz de usuario

Entrando en el manejo del software, este servirá como interfaz entre

usuario y el equipo de medición. En el mismo se realizarán los cálculos para

la obtención de las distancias en función de la temperatura, a través de las

ecuaciones desarrollados en este mismo capitulo. En la figura 4.25 se

muestra el desarrollado la programación gráfica.

Figura 4.25 Diagramas de programación gráfica softw are labview


63

LabVIEW el software a implementado constituye un revolucionario

sistema de programación gráfica para aplicaciones que involucren

adquisición, control, análisis y presentación de datos.

Este entorno nos representa como es capturado cada uno de los

datos provenientes del microcontrolador, que llegan al computador a través

del puerto USB, donde LabVIEW a través de un entorno de comunicación por

medio de driver y programación de elementos gráficos, toma cada una de las

variables realizando la interfaz entre usuario y equipos.

Una vez con las variables de los sensores realiza las operaciones

matemáticas de las ecuaciones, para así obtener la distancia promedio de los

dos sensores y la temperatura. En la figura 4.26 se representa la

programación gráfica destinada a guardar un historial de los datos

recaudados que simultáneamente el simulador va realizando cada vez que

se pida alguna medición. Consta de un registro donde se especifican la fecha

y hora además de las variables.

Figura 4.26 Programación gráfica del historial de datos


64

En cuanto a la interfaz con el usuario se mostrara en las figura 4.27

las pantallas donde se mostrara las medición en tiempo real y la tabla o

registro programado anteriormente en forma e instrumentos virtuales.

Figura 4.27 Interfaz del usuario Software LabVIEW


65

Etapas de pruebas

1. Corrida del programa en Software PIC C Compiler

Objetivo

• Verificar la compilación del código que será programado en el

microcontrolador.

Para comprobar si el código del microcontrolador funcionaba, se hizo

a través del software de programación PIC C o CCS, realizando una corrida

del programa donde se constata que no existan errores en cuanto a lineas

de programación. En esta prueba se destacaron los elementos como el

programador que desarrollará las líneas de código en lenguaje C, el software,

el ordenador donde se ejecutara todas las simulaciones y pruebas. Todos

estos presentados en el diagrama de bloques de la figura 4.28

Figura 4.28 Elementos usados en verificación del programa del microcontrolador


Resultados

Al tener el código ya establecido, de acuerdo al modelo y gama del

microcontrolador, la configuración de los periféricos, puertos y demás

elementos a implementar, se hizo las compilaciones necesarias generando

resultados positivos en cuanto a la sintaxis, sin ningún error en sus líneas de

66

código. A continuación se muestra la pantalla desplegada por el programa

(figura 4.29), donde nos indica la simulación completada con total éxito, de

tal forma que puede ser grabado en el microcontrolador, para el montaje del

hardware con todos los dispositivos que integran el sistema de medición.

Figura 4.29 Compilación del programa a implementar en el PIC 18f4550


2. Comunicación inalámbrica entre módulos de radiofrecuencia Xbee

Objetivo

• Comprobar la transmisión/recepción inalámbrica entre el modulo

XBee ubicado en el modulo de campo y el ordenador.

Para asegurar el correcto funcionamiento de los módulos de

radiofrecuencia XBee, utilizamos el programa X-CTU, donde verificamos la

configuración de estos y el puerto del ordenador, establecimiento de

comunicación entre los módulos, comprobación de la transmisión/recepción

de datos en forma inalámbrica, la potencia y calidad de la transmisión, ya que

67

este programa cuenta con opciones donde se observarán cada uno de estos

aspectos.

Iniciamos presentando los elementos de esta prueba en la figura

4.30, como es el modulo XBee que va integrado en el modulo de campo

(medidor), que servirá al microcontrolador de interfaz de comunicación, para

enviar y recibir datos al ordenador. Seguidamente del lado del computador

estará el otro modulo RF XBee y el XBee Explorer USB para completar los

dispositivos. Adicionalmente tendremos el ordenador, y el software X-CTU.

Figura 4.30 Comunicación inalámbrica entre módulos Xbee y el computador


Resultados

Una vez conectado cada uno de los módulos, con el ordenador y

abrimos el software Xctu donde se realizaron los siguientes pasos:

En la pestaña PC Setting, comenzamos a establecer la configuración

del puerto que se utilizará. Luego configurar baudios (9600 bps por defecto) y

data (8 bits por defecto) del puerto serie para que coincida con la del modulo.

68

Para chequear la correcta comunicación con el módulo, presionamos

Test/Query y el equipo devolverá el siguiente mensaje visto en la figura 4.31.

Figura 4.31 Comunicación óptima entre módulos RF X bee y el ordenador


Con el mensaje desplegado en la pantalla nos indica una

comunicación satisfactoria entre los XBee y el puerto USB del computador.

Una vez verificado la comunicación con el dispositivo, se procede a

verificar la configuración de los equipos tanto base como remoto en la

pestaña Modem Configuration (siguiente figura 4.32). Esta sección de

configuración brinda diferentes opciones para que el usuario pueda ajustar el

equipo a las necesidades requeridas. En este caso para configurar los

equipos “por defecto” lo que se hace es presionar el botón Restore y luego

Write para que el firmware quede apropiadamente establecido en los XBee.

69

Figura 4.32 Verificación de la configuración de lo s módulos base y remoto


Ya en esta etapa, solo nos queda verificar la transmisión/recepción

de datos aplicando una conexión de prueba a distancia uniendo los pines 2

y 3 (Tx y Rx respectivamente) en el modulo XBee preestablecido como

remoto. Con el software seleccionamos la pestaña Range Test mostrada en

la figura 4.33.

Figura 4.33 Transmisión/recepción exitosa y Poten cia señal RF optima


70

En la pantalla anterior, adicionalmente elegimos la opción para

visualizar el RSSI (medida de la potencia de la señal de RF recibida). Al

presionar START el equipo comienza a transmitir una trama de datos con

caracteres alfanuméricos. En la figura también se muestra una completa

recepción de los paquetes emitidos, así como un buen nivel de señal RF

(RSSI). Cada unas de estas etapas durante esta prueba nos asegura una

comunicación inalámbrica exitosa.

3. Comunicación inalámbrica entre medidor de campo y ordenador

Objetivo

• Verificar el funcionamiento del hardware a través del envío por

radiofrecuencia de las variables captadas por el modulo de campo hasta el

computador.

Para esta prueba las simulaciones en el software proteus no se

pudieron llevar a cabo, debido que no se encuentran en sus librerias de

componentes tanto los sensores de distancia, como los módulos de

radiofrecuencia XBee. Adicionalmente los dispositivos ultrasónicos funcionan

como entrada y seguidamente como salida, por lo tanto, no se podían enviar

los datos en forma de pulso a través de pulsadores como factible forma de

comprobación. Debido a esto una de las maneras de comprobar el

funcionamiento fue realizando el montaje en hardware y enviando los datos

del microcontrolador al computador recibiéndolo en software como el

hiperminal o el software X-CTU del equipo por radiofrecuencia. En esta

prueba participa los siguientes elementos mostrados en la figura 4.34.

71

Figura 4.34 Comunicación inalámbrica entre modulo de campo y el computador


Resultados

A continuación se observa en la figura 4.35 los 15 dígitos

correspondientes a las variables que nos permitirán realizar posteriores

cálculos en el software LabVIEW en donde los 5 primeros de izquierda a

derecha desde el mas significativo al menos significativo son del valor del

eco en microsegundos del primer sensor, los cinco siguientes viéndolos de

igual forma son los del sensor numero dos y los cinco últimos pertenecen a la

variable temperatura del LM 35. Con esto se comprobó el funcionamiento de

la programación y hardware de una vez en forma inalámbrica.

Figura 4.35 Recepción de datos en el computador por hiperterminal


72

Una vez verificado el buen funcionamiento del hardware con la

llegada de datos al hiperterminal de los sensores. Se podrá verificar

nuevamente la transmisión y recepción inalámbrica de datos entre

microcontrolador y el computador capturada por los sensores de distancia y

temperatura.

En la figura 4.36. Se verá la trasmisión de datos del computador hacia

el modulo en color azul, que por programación en el microcontrolador

establecimos los números uno, dos y tres como petición del usuario para

capturar las viables de los tres sensores en un momento dado. Los datos

recibidos en color rojo, son los que vienen del microcontrolador al ordenador

cumpliendo así con una comunicación eficiente de las variables destinadas a

la obtención de las distancias.

Figura 4.36 Transmisión y Recepción de datos en fo rma inalámbrica


Nuevamente es verificada y asegurada la comunicación entre

computador y modulo de medición, con el excelente envío de las variables

inalambricamente.

73

4. Interfaz de Usuario con el Software LabVIEW

Objetivo

• Comprobar la simulación y los cálculos desarrollados con las

variables captadas por los sensores.

La interfaz del usuario, será el entorno donde se solicitará los datos,

realizará los cálculos con la información proveniente de los sensores, y se

observará los datos de las mediciones, Todo esto con los siguientes

elementos de la figura 4.37.

Figura 4.37 Elementos presentes en la interfaz de usuario


Resultados

La manera de constatar el éxito de esta interfaz de usuario, es una

vez se muestran las pantallas en el software LabVIEW, como las

representadas en la figura 4.27 generadas bajo cierto protocolo e

comunicación. Dichas pantallas nos brindan la seguridad en forma certera el

buen registro y representación de datos, la compilación de la programación

basada en lenguaje gráfico, que al mismo tiempo nos asegura el manejo de

las variables provenientes de los sensores.

En cuanto a los valores de los cálculos realizados en este programa,

pueden ser comprobados aplicando las formulas detalladas en este capitulo

en la etapa de software. Otra manera que posteriormente llevaremos a cabo,

74

será por medio de la validación experimental, tomando datos del software de

las distancias y comparándola con un valor teórico tomado por un

instrumento patrón. Así de esta forma se certifican los cálculos expresados

en las pantallas y el rango de medición del sistema.

Por ultimo presentaremos la figura 4.38 indicando la forma o el

protocolo llevado a cabo por el software LabVIEW, para enviar y recibir los

datos desde el ordenador en forma satisfactoria.

Figura 4.38 Protocolo de Software LabVIEW de inter faz de usuario


Este protocolo nos indica como el programa labView desarrolló el

envío y recepción de cada una de las tramas para la comunicación entre el

ordenador y el medidor de campo para la obtención de cada uno de las

variables, con las que se obtienen los resultados.

Cuando el usuario inicia la compilación del programa,

automáticamente por el ordenador se envía la trama I (una cifra) solicitando

75

un primer dato, seguidamente el medidor de campo envía la trama II (cinco

cifras) al ordenador con el resultado de esa solicitud que se lleva a la pantalla

de interfaz de usuario, y así sucesivamente hasta que se envío la última

trama VI, donde nuevamente se inicia el ciclo. Por parte del software también

se genera un mensaje de error al momento de una mala comunicación o

medición fuera de alcance brindando así datos al usuario en forma segura.

A continuación en la tabla 4.4, se presenta el listado de todos los

componentes usados para el desarrollo del sistema de medición de distancia.

Tabla 4.4 Listado de Componentes

Componente Cantidad

Módulos Rf Xbee 2

Xbee Explorer Usb 1

PIC 18f4550 2

Base de 40 pines 1

PING #28015 2

Cristal de 4 MHZ 1

Condesadores de 22 pf 2

Potenciómetros de precisión 5K ohm 3

Led de alto brillo Azul 3

Resistencias de 220 ohm 2

Resistencias de 1k ohm 4

Reguladores LM 317 2

Sensor de temperatura LM 35 1

pulsador 1

Batería de 9v 1

Conector de batería 9 v 1


76

Adicionalmente en el anexo 6 como parte final, se encuentra el

circuito impreso utilizado y las imágenes del sistema de medición ya armado.

Validación experimental

La verificación experimental de la pruebas consiste en probar el

correcto funcionamiento del dispositivo de forma global y autentica.

La medición de distancia se realizo colocando un objeto en reposo a

ciertas distancias del sensor, previamente medidas con un metro de

construcción de 5 metros (instrumentos o patrón). Los datos relevantes para

globalizar los resultados, fueron llevados a cabo en la tabla 4.5 donde se

presenta el valor teórico, el valor experimental, el error absoluto y el error de

fondo de escala cuya formula se observa en la EC4.12.

100)00,330(

×=cmFE

EE a

FE EC4.12

Tabla 4.5 Datos teóricos y Experimentales arrojados por el Medidor ultrasónico, contra un

objeto en reposo

Valor Teórico (Instrumento Patrón) [cm]

Valor Experimental (Medidor de Distancia)

[cm]

Error Absoluto (Ea) [cm]

Error Fondo

Escala (FE) [%]

3,10 3,13 0,03 0,01 6,00 6,08 0,08 0,02 8,00 8,04 0,04 0,01

12,00 12,03 0,03 0,01 16,00 16,12 0,12 0,04 23,00 23,10 0,10 0,03 28,00 28,03 0,03 0,01 33,00 33,12 0,12 0,04 39,00 39,05 0,05 0,02

77

Tabla 4.5 Datos teóricos y Experimentales arrojados por el Medidor ultrasónico, contra un

objeto en reposo(Continuación)

Valor Teórico (Instrumento Patrón) [cm]

Valor Experimental (Medidor de Distancia)

[cm]

Error Absoluto (Ea) [cm]

Error Fondo

Escala (FE) [%]

45,00 45,01 0,01 0,00 49,00 49,02 0,02 0,01 56,00 56,02 0,02 0,01 68,00 68,15 0,15 0,05 79,00 79,08 0,08 0,02 88,00 88,10 0,10 0,03 97,00 98,12 1,12 0,34 106,00 106,08 0,08 0,02 119,00 119,32 0,32 0,10 128,00 128,06 0,06 0,02 137,00 137,15 0,15 0,05 152,00 152,09 0,09 0,03 170,00 171,09 1,09 0,33 189,00 189,04 0,04 0,01 193,00 193,10 0,10 0,03 207,00 207,30 0,30 0,09 215,00 216,13 1,13 0,34 230,00 230,59 0,59 0,18 245,00 246,20 1,20 0,36 259,00 260,03 1,03 0,31 276,00 276,69 0,69 0,21 283,00 284,12 1,12 0,34 301,00 302,03 1,03 0,31 307,00 308,20 1,20 0,36 313,00 313,90 0,90 0,27 321,00 321,92 0,92 0,28 329,00 329,79 0,79 0,24


En la tabla 4.6 se muestra una comparación entre los valores

arrojados por el dispositivo ultrasónico y los valores teóricos de las

mediciones.

Continuando en la figura 4.39 se muestra la gráfica del error fondo de

escala con respecto a más de 30 muestras de mediciones que se tomaron

78

para este experimento.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

3,13

6,08

8,04

12,0

316

,1223

,1028

,0333

,1239

,0545

,0149

,0256

,0268

,1579

,0888

,1098

,12

106,

08

119,

32

128,

06

137,

15

152,

09

171,09

189,04

193,10

207,30

216,13

230,59

246,20

260,03

276,69

284,12

302,03

308,20

313,90

321,92

329,79

Valor Real de Medición

Err

or F

E (%

)

Figura 4.39 Gráfica Error (FE) VS Valor de las d istancias arrojadas por el sistema de

medición


Se puede apreciar a través de ella, que los valores desde 3,13 cm a

os 88,10 cm no supero los 0,03 %, mientras que a partir de allí en su mayoría

no supero los 0,36 %. Los errores del sistema de medida son aceptables

porque con el error fondo escala nos aseguramos que dentro del rango de

medición del instrumento 3- 330 cm, la precisión será de + 0,41 cm de error

promedio a la temperatura existente en ese instante.

Con la grafica 4.40 se observa la comparación entre los valores

tomados por el instrumento patrón y el medidor de distancia, destacando la

tendencia a ser lineal, lo que indica bajos valores del error absoluto que nos

son mas que el margen entre el valor verdadero y el valor sensado

indicándonos su precisión.

79

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

3,13

8,04

16,12

28,03

39,05

49,02

68,15

88,10

106,0

8

128,0

6

152,0

9

189,0

4

207,3

0

230,5

9

260,0

3

284,1

2

308,2

0

321,9

2

Valores Medidor

Val

or T

eoric

o

Figura 4.40 Gráfica Valor Teórico VS Valor de las distancias arrojadas por el sistema

de medición


Finalmente nos asegura la precisión del instrumento, notando la

aceptabilidad de los valores arrojados tomando en cuenta las características

técnicas de los sensores sobre todo su ángulo de emisión.

80

Análisis de los resultados

En esta investigación se implemento el uso de señales ultrasónicas,

transmisión de datos por radiofrecuencias, para poder calcular las distancias

a la que se encuentra un objeto del sistema de medición, tomando en cuenta

condiciones ambientales como la temperatura en ese instante. Durante las

etapas de estudio, donde se planifico este proyecto, se busco conseguir y

adquirir los componentes que mas se adaptaron y brindaron las mejores

características, para alcanzar la construcción progresiva del sistema de

medición.

Uno de los componentes seleccionado fue el transductor PING

#28015 de parallax, debido a que fue el que mejor se adapto a nuestro

sistema. De igual forma se encontraba disponibles en casas de ventas de

dispositivos y componentes electrónicos. Otro aspecto muy en cuenta al

elegirlo, fue que el mismo contaba con una etapa control acoplado a los

transductores internamente, cosa que facilito al usuario ahorrarse

componentes en la amplificación de las señales analógicas generadas por

los transductores. Por lo que el funcionamiento y los resultados en la

obtención del eco en cada una de las mediciones, son aceptables y muy

cercanos a los medidos por instrumento patrón.

De igual forma para la comunicación inalámbrica después de

investigar diversos módulos y sus características, la elección de los módulos

XBee junto al XBee Explorer USB, radico primero en la versatibilidad de

estos modem y la amplia funcionalidad que poseen, la disponibilidad en el

mercado, debido a que hoy en día, el ubicar estos dispositivos a nivel

nacional resulta difícil y mas que se adapten a nuestro sistema de medición

planteado en nuestro proyecto. Se puede decir que la configuración y

81

transmisión entre estos dispositivos es óptima, sin interferencia, ruidos o

errores de trama durante el envío/recepción de datos.

Los componentes mencionados, así como otros, entre estos, el

sensor de temperatura LM 35, fueron integrados y controlados con un

excelente microcontrolador. El PIC18f4550, enviando satisfactoriamente

datos al ordenador, sin ningún tipo de errores o problemas de envío y

recepción logrando capturar satisfactoriamente las variables desde cada uno

de los sensores utilizados.

La aplicación de software como PIC C Compiler, X-CTU, y LabVIEW,

resultaron ser buenas herramientas para corroborar el funcionamiento desde

la programación en lenguaje C grabada en el microcontrolador, comunicación

inalámbrica entre los módulos XBee, así como todos los cálculos y la interfaz

del usuario que a través del computador, tenia total control del sistema de

medición sin contacto manejado a distancia.

Durante el periodo de pruebas se pudo comparar los resultados

arrojados por el dispositivo ultrasónico y los valores teóricos, se observaron

muchas similitudes entre ambos métodos. Luego de analizar las mediciones

el margen de error máximo de fondo de escala fue de 0,36%, lo que quiere

decir que los resultados del sistema son muy aceptables.

Después de hacer el estudio se llegó a la conclusión, como

instrumento de medición de distancia cuenta con las siguientes

características:

• Rango de medición 3-330 cm.

• Alimentado por Batería de 9V.

• Alta movilidad (Equipo Portátil e Inalámbrico).

82

• Moderno al ser manejado por computador.

• Facilidad de Integrarse a otros procesos.

• Preciso (Valores aceptables Error Fondo de escala).

• Excelente interfaz con el usuario y versatibilidad para ser modificado

en cuanto a visualización.

En cuanto al estudio de factibilidad, esta sirve para recopilar datos

relevantes sobre el desarrollo de un proyecto y en base a ello tomar la mejor

decisión, si procede su estudio, desarrollo o implementación.

La factibilidad económica evalúa si el equipo y software están

disponibles (o en el caso del software si puede desarrollarse) y si tienen las

capacidades técnicas requeridas por cada alternativa del diseño que se esté

considerando.

En vista que se trata de un proyecto práctico y con fines académicos,

solo se abarcará el análisis del costo del hardware, determinándose un

precio total para la adquisición del equipo, que cubra el costo final del

equipo, sin considerar la realización del software y la mano de obra.

A continuación en la tabla 4.6 se presenta el listado de componentes

con sus respectivos precios en el mercado.

83

Tabla 4.6 Listado de Costos por Componentes

Componente Precio Unitario

Bsf Cantidad

Costo Total

Bsf

Módulos Rf XBee 215 2 430,00

XBee Explorer USB 200 1 200,00

PIC 18f4550 60 1 60,00

Base de 40 pines 10 1 10,00

PING #28015 290 2 580,00

Cristal de 4 MHZ 5 1 5,00

Condesadores de 22 pf 3 2 6,00

Potenciómetros de precisión

5K ohm 5 3 15,00

Led de alto brillo Azul 4 3 12,00

Resistencias de 220 ohm 1 2 2,00

Resistencias de 1k ohm 1 4 4,00

Reguladores LM 317 15 2 30,00

Sensor de temperatura LM 35 35 1 35,00

pulsador 7 1 7,00

Batería de 9v 16 1 16,00

Conector de batería 9 v 12 1 12,00

Total 1424,00

Fuente: Elaboración propia, 20/02/2010

El costo total del equipo es de 1424,00 bsf.

De forma global se puede decir que el sistema de medición basado

en ultrasonidos desarrollado cumplió con las expectativas deseadas,

arrojando resultados bastante buenos.

capitulo iv resultados presentación y … · alusivas al proyecto, como se muestra en la figura...

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