documentacion de interfaces 1

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE COMALCALCOINTERFACES

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Interfaces

Proyecto:

Desarrollo de un Auto Robot utilizando material reciclable

ASESOR: Lic. Rosa Norma García Morales

Presentan:

José Luis Pérez de la CruzUrania Ochoa PulidoJuan Antonio Pérez HernándezDaniel Santos Magaña

Ing. En Sistemas Computacionales VI A

Comalcalco, Tabasco a 20 de abril del 2010.


2

Contenido

Introducción 4Objetivos 5

1. ANÁLISIS

UNIDAD 1 Sensores 6

1.1 Ópticos 7 1.1.1 Tipos 7

1.1.2 Funcionamiento 10 1.1.3 Características 10 1.1.4 Modo de comunicación 11

1.2 Aproximación 12 1.2.1 Tipos 12

1.2.2 Funcionamiento 12 1.2.3 Características 14 1.2.4 Modo de comunicación 15

UNIDAD 2 Actuadores 16

2.1 Electrónicos 17 2.1.1 Funcionamiento 17

2.1.2 Características 18 2.1.3 Modo de comunicación 18

2.2 Mecánicos 19 2.2.1 Funcionamiento 20

2.2.2 Características 21 2.2.3 Modo de comunicación 21

UNIDAD 3 Periféricos estandarizados 22 3.1 Tipos 24 3.1.1 Serial 25 3.1.2 Paralelo 25 3.2 Aplicaciones con lenguaje de programación híbrida 26 3.3 Aplicaciones con lenguaje de programación híbrida 26

UNIDAD 4 Periféricos no estandarizados 27

4.1 A través de puertos 27 4.1.1 Diseño 29 4.1.2 Programación 31 4.1.3 Aplicación 32


3

4.2 A través de interfaz 34 4.2.1 Diseño 34 4.1.2 Programación 36 4.1.3 Aplicación 37

UNIDAD 5 Interfaces 39

5.1 Conceptos básicos 39 5.2 Clasificación 40 5.3 Programación de bajo nivel 42 5.4 Aplicaciones 44

2. DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS QUE CONFORMAN EL PROYECTO 453. DESARROLLO DEL PROYECTO EN LABORATORIO 514. PUESTA EN MARCHA DEL Auto Robot 0 (Zero) 56

Justificación 60

Conclusiones 61

Fuentes de Información 62

Anexos 64


4

INTRODUCCIÓN

El presente documento surge del desarrollo de un kit electrónico, en el cuál se pretende

conocer el funcionamiento de dispositivos (sensores, actuadores, periféricos e interfaces),

que actualmente incluyen los dispositivos informáticos.

La finalidad del proyecto es familiarizarse con el diseño, instalación y evaluación de

interfaces que hoy en día se utilizan en el área de informática para la comunicación con la

computadora.

Este documento, como primera parte describe de manera general todos los temas que

abarca la asignatura en cuestión y ejemplos básicos de aplicación, con el fin de que se

comprenda rápidamente la esencia del documento.

Seguidamente, se realiza una breve descripción de todos los materiales que se utilizarán

para poder desarrollar el proyecto, así como los componentes básicos que conforman a

estos materiales.

Después de la descripción de todos los materiales empleados en el proyecto, se presentan

una serie de evidencias y fotografías del desarrollo del proyecto en el laboratorio, durante

su tiempo de elaboración.

Por último, se realizan los anexos correspondientes, glosarios, evidencias y bibliografías,

que conforman la información y pruebas del desarrollo del proyecto.


5

OBJETIVOS

Objetivo general:

Que el alumno conozca y analice los diferentes tipos de dispositivos (sensores,

actuadores, periféricos, etc.) que contienen la mayoría de los equipos electrónicos

informáticos hoy en día.

Objetivo del proyecto:

Llevar a cabo la construcción de un auto robot, a través de material reciclado, para

conocer el funcionamiento y uso de dispositivos electrónicos como sensores, actuadores,

periféricos e interfaces.

ANALISIS


6

Antes de iniciar el desarrollo de nuestro proyecto ....A continuación primero veremos los elementos que integran un sist de interface, estos dispositivos que a simple visto no no los vemos, pero que sin embargo los cuales se encuentran en nuestro entormo. Un ejemplo son los aparatos electromesticos que tenemos en nuestros hogares, desde el mas simple al mas sofisticado.

UNIDAD 1 SENSORES

Introducción

Se denomina sensor a todo elemento que es capaz de transformar señales físicas como

temperatura, posición, longitud etc., en señales eléctricas.1 La Figura 1 nos muestra

algunos tipos de sensores.

1 CSIC-CDTI: Introducción a los sensores. Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, 1987.

http://www.sensing.es/Desplazamiento.htm

http://www.sensing.es/Angulo.htm

http://www.sensing.es/Acelerometros.htm

http://www.sensing.es/Telemetria.htm

http://www.sensing.es/Monitorizacion_de_Vibraciones.htm

http://www.sensing.es/Celulas_de_Carga.htm

http://www.sensing.es/Adquisicion_de_Datos.htm


7

Figura 1. Algunos tipos de sensores

1.1 Ópticos

Un sensor óptico se basa en el aprovechamiento de la interacción entre la luz y la materia

para determinar las propiedades de ésta.2 Una mejora de los dispositivos sensores,

comprende la utilización de la fibra óptica como elemento de transmisión de la luz.

La Figura 2 nos muestra algunos ejemplos de sensores ópticos.

Figura 2. Sensores ópticos

1.1.1 Tipos

Los sensores ópticos los forman los foto-interruptores de barrera, reflectivos y los

encoders ópticos.3

2 http://www.nortecnica.com.ar/pdf/teoria_opticos_2_2.pdf [leído 10.02.2010]

3 Smith, S.D.: Optoelectronics devices. Prentice Hall, 1995.

http://www.nortecnica.com.ar/pdf/teoria_opticos_2_2.pdf

http://www.sensing.es/Inerciales_y_Giroscopos.htm

http://www.sensing.es/Transductores_de_presion.htm

http://www.sensing.es/Transductores_de_Par.htm


8

Foto-interruptores de barrera

Están formados por un emisor de infrarrojos y un fototransistor separados por una abertura

donde se insertará un elemento mecánico que producirá un corte del haz. La salida será 0

o 1. La Figura 3 nos muestra un ejemplo de foto-interruptor de barrera.

Figura 3. Foto-interruptor de barrera

Foto- interruptores reflectivos

Están formados por un emisor y un receptor de infrarrojos situados en el mismo plano de

superficie, que por reflexión permiten detectar dos tipos de colores, blanco y negro

normalmente, sobre un elemento mecánico. La Figura 4 nos muestra un tipo de foto-

interruptor reflectivo.

Figura 4. Foto-interruptor reflectivo

Encoders ópticos


9

Con los foto-interruptores y los reflectivos se pueden montar los encoders ópticos,

formados por un disco que tiene dibujados segmentos para ser detectados por los

sensores. Existen dos tipos de encoders, los Encoders Incrementales y Encoders

Absolutos.

-Encoders Incrementales: permiten que un sensor óptico detecte el número de

segmentos que dispone el disco y otro sensor detecte la posición cero de dicho disco. La

Figura 5 nos ilustra el funcionamiento típico de los encoders incrementales.

Figura 5. Funcionamiento de un encoder incremental

-Encoders Absolutos: permiten conocer la posición exacta en cada momento sin

tener que dar una vuelta entera para detectar el punto cero del disco. La diferencia es que

se necesitan varios sensores ópticos y el disco debe de tener una codificación tipo

Manchester. La Figura 6 muestra un esquema de encoder absoluto.


10

Figura 6. Funcionamiento de un encoder absoluto

1.1.2 Funcionamiento

Principio básico de funcionamiento: emisión y recepción de luz. Tanto en el emisor como

en el receptor existen pequeñas lentes ópticas que permiten concentrar el haz de luz y se

encuentran en un mismo encapsulado. El primero suele ser un diodo emisor de luz (LED)

y el receptor un fotodiodo. Generalmente trabajan por reflexión de la luz, es decir, el

emisor emite luz y si esta luz es reflejada por un objeto, el receptor lo detecta.4

Muchos dispositivos electrodomésticos usan estos tipos de sensores, como por ejemplos

lectores de CD/DVD, en copiadoras, etc. La Figura 7 nos muestra el funcionamiento

básico de los sensores de tipo óptico.

Figura 7. Funcionamiento del sensor óptico

1.1.3 Características

Algunas características más importantes de los sensores ópticos son las siguientes:

4 http://www.4shared.com/file/220943487/29b8607a/26_SENSORES_OPTO_ELECTR_NIC.html [leído 15.02.2010]


11

La luz como medio detector. Los sensores ópticos utilizan principalmente los

siguientes componentes emisores:

- LED de luz roja

Luz visible, óptima como ayuda de alineación y para el ajuste de sensor.

- LED infrarrojo (IR)

Radiación invisible con elevada energía.

- Láser de luz roja

Luz visible, óptima para la detección de piezas pequeñas y elevados alcances debido a las

propiedades físicas del láser.

Refracción de luz.

Conducción de luz por reflexión total.

Distancia de actuación.

1.1.4 Modo de comunicación

El modo de operación de los sensores ópticos varía de acuerdo a su tipo, a continuación

mencionaremos estas comunicaciones en los tipos de sensores ya descritos.

Barrera de Luz

- Rango amplio (20m)

- El Alineamiento es crítico.

Retro-reflectivo (Réflex)

- Rango 1-3 m.

- Popular y barato

Reflectivo Difuso

- Rango 12-300 mm.

- Barato y fácil de usar.


12

1.2 Aproximación

El sensor de proximidad es un transductor que detecta objetos o señales que se

encuentran cerca del elemento sensor.5 La Figura 8 muestra algunos ejemplos de

sensores de aproximación.

Figura 8. Sensores de proximidad

1.2.1 Tipos.

Existen varios tipos de sensores de proximidad según el principio físico que utilizan. Los

más comunes son:

SENSOR CAPACITIVO. SENSOR INDUCTIVO. SENSOR FIN DE CARRERA. SENSOR INFRARROJO. SENSOR ULTRASONICO. SENSOR MAGNETICO.

5 AENOR: Norma EN50010 de Sensores de Proximidad. [Consultado 16.02.2010]


13

SENSORES DE HUMEDAD.

1.2.2 Funcionamiento.

El funcionamiento de los sensores de aproximación depende de su tipo y aplicación, a

continuación se describe el funcionamiento de los sensores de aproximación más

utilizados:

SENSOR FUNCIONAMIENTO

Sensores inductivos: Detectan materiales férricos basándose en

variaciones de campo magnético.

Sensores capacitivos: En determinados entornos no se pueden utilizar las

variaciones de campo magnético y se utilizan otros

dispositivos cuya característica de variación es la

capacidad eléctrica.

Sensores fin de carrera: Son elementos actuadores de conmutación,

generalmente provistos de muelles y utilizados en

procesos automáticos donde la detección debe ser

más robusta).

Sensor infrarrojo El receptor de rayos infrarrojos suele ser un

fototransistor o un fotodiodo. El circuito de salida

utiliza la señal del receptor para amplificarla y

adaptarla a una salida que el sistema pueda entender.

Sensor ultrasónico: Su elemento principal es un transductor

electroacústico. Este elemento, en primer lugar, emite

unas ondas ultrasónicas; a continuación pasa a modo

de espera, en el que, durante un cierto tiempo, espera

la vuelta de las ondas reflejadas en algún objeto. Si

las ondas llegan, quiere decir que hay algún objeto en

las proximidades.

Sensor magnético: En robótica, algunas situaciones de medición del

entorno pueden requerir del uso de elementos de

detección sensibles a los campos magnéticos.

Sensores de humedad: La detección de humedad es importante en un

sistema si éste debe desenvolverse en entornos que

no se conocen de antemano. Por esta razón se deben

tener en cuenta una variedad de sensores de

humedad disponibles, entre ellos los capacitivos y


14

resistivos, más simples, y algunos integrados con

diferentes niveles de complejidad y prestaciones.

1.2.3 Características.

Algunas características importantes que presentan la mayoría de los sensores de

proximidad más usuales (inductivos y capacitivos) son:

Sensores inductivos

Tipo de sensor Rosca M12, M18, M30,...

Distancia de detección nominal mm +-x%(3mm +-10%)

Rango de detección mm (0-2mm)

Frecuencia de detección Hz (500Hz)

Objeto detectable estándar Acero (12x12x1mm)

Histéresis <x% del rango de medida (<20% del rango)

Tipo de salida ma (50, 100, 200 ma)

Consumo nominal ma (0.8 ma)

Material de la carcasa Acero, latón, níquel, etc.

Protección IP

Dimensiones Diámetro x longitud (M12x30mm)

Conexión Cable 2m, 3m,...

Tensión de operación V (10-30V DC)

Temperatura de trabajo ° centígrados (-25 + 55°C)

Peso gr (55g. 90g. 200g.

Sensores capacitivos

Tipo de sensor Rosca M6, M8,...

Distancia de detección nominal mm, m

Rango de detección

Frecuencia de detección Hz (500Hz)

Objeto detectable estándar Acero (12x12x1mm)

Tipo de salida Transistor, Relé

Consumo nominal ma (12 ma)

Material de la carcasa Plástico, PVC, etc.


15

Protección IP

Dimensiones Diámetro x longitud (M12x30mm)

Conexión Cable 2m, 3m,...

Tensión de operación V (10-30V DC) (20-300 AC)

Temperatura de trabajo ° centígrados (-25 + 55°C)

Peso gr

1.2.4 Modo de comunicación.

El modo de operación básico de los sensores de proximidad capacitivos, se ilustra en la

Figura 9.

Figura 9.Operabilidad del sensor capacitivo

La Figura 10 nos representa el modo de comunicación básico de los sensores inductivos.


16

Figura 10. Modo de operabilidad del sensor inductivo

UNIDAD 2 ACTUADORES

Introducción

Se denominan actuadores a aquellos elementos que pueden provocar un efecto sobre un

proceso automatizado.

Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de

energía eléctrica y de gas. Existen 3 tres tipos de actuadores: Los actuadores hidráulicos

se emplean cuando lo que se necesita es potencia, pero es muy costosa. Los actuadores

eléctricos también son muy utilizados en los aparatos mecánicos y electrónicos. 6

Los actuadores neumáticos, los más usados en las industrias, son actuadores de

posicionamiento, es decir: posicionar objetos. La Figura 11 muestra algunos ejemplos de

actuadores comunes.

6 Traball de Recerca | Jon Roura | I.E.S. Joan Ramón Benaprès http://automatastr.galeon.com/actuadores.htm [Consultado 18.02.2010]

http://automatastr.galeon.com/actuadores.htm


17

Figura 11. Algunos ejemplos de ACTUADORES

2.1 Electrónicos

Se le da el nombre de actuadores eléctricos cuando se usa la energía eléctrica para que

se ejecuten sus movimientos.7 La Figura 12 ilustra algunos tipos de actuadores

electrónicos.

Figura 12. Tipos de actuadores electrónicos

2.1.1 Funcionamiento

7 SIPOS Aktorik GmbH Actuadores eléctricos Im Erlet 2 D-90518 Altdorf Sujeto a cambios sin previo aviso. 2008 >> Edición 08/08 << Referencia SIP-DO 00.01.001 ES Y070.104/ES.http://www.sipos.de/downloaddateien/prospekte/Technology_SIPOS_5_Flashspanish.pdf Consultado [20.02.2010]

http://www.sipos.de/downloaddateien/prospekte/Technology_SIPOS_5_Flashspanish.pdf


18

El proceso bajo control, la acción que se tiene que llevar a cabo y la velocidad con que

ésta deba realizarse, son factores que influyen en la clase de actuador que se ha de

utilizar.

Los dispositivos eléctricos ofrecen una mayor exactitud y repetitividad, necesitan de un

menor espacio de piso y, como consecuencia, son muy adecuados para el trabajo preciso,

como el ensamblaje.

Por lo general, los robots se pueden accionar con un acondicionamiento eléctrico, por

medio de los motores paso a paso o de los servomotores. Una salida de un motor paso a

paso consiste en incrementos de movimiento angular discreto iniciado por una serie de

pulsos eléctricos discretos.

2.1.2 Características

A continuación se describen algunas características de actuadores electrónicos más

usuales.

Motores de corriente continúa

Estator (imanes) y rotor.

Interacción entre campo magnético y eléctrico provoca movimiento.

Velocidad giro proporcional a V.

Compra: a más corriente más par.

Eficientes para girar con poca fuerza y gran velocidad.

Servo motores

Capaces de colocarse en una posición.

Motor de DC + engranajes + sensor de posición + controlador proporcional.

Suelen estar limitados a 180 grados.

Anchura proporcional a posición.


19

2.1.3 Modo de comunicación

El actuador representa la interfaz entre el sistema de control de proceso y la válvula.

Los comandos de control transmitidos de forma binaria, analógica o a través de bus de

campo deben ser analizados por el actuador para así posicionar la válvula; a la inversa, el

sistema de control de proceso espera una respuesta del actuador.8

Ésta puede producirse en forma de mera respuesta de estado a través de las señales

binarias de salida (p.ej. par ABIERTA/CERRADA, posición final ABIERTA/CERRADA,

fallo, etc.) o el envío de datos dinámicos (p.ej. posición de la válvula) a través de la salida

analógica. En líneas generales, todos los datos estáticos y dinámicos se encuentran

disponibles en todo momento a través del bus de campo.

2.2 Mecánicos

Los actuadores mecánicos son dispositivos que transforman el movimiento rotativo a la

entrada, en un movimiento lineal en la salida. Los actuadores mecánicos aplicables para

los campos donde se requiera movimientos lineales tales como: elevación, traslación y

posicionamiento lineal.9 La Figura 13 nos muestra algunos ejemplos de actuadores

mecánicos.

Figura 13. Algunos ejemplos de actuadores mecánicos.

8 REPUBLICA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO “SANTIAGO MARIÑO” DIRECCION DE ESCUELA DE INGENIERIA CATEDRA: ELECTIVA V (ROBOTICA).9 http://www.pmzcomatrans.com/transmision/actuadores-mecanicos/ [Consultado 23.02.2010]

http://www.pmzcomatrans.com/transmision/actuadores-mecanicos/


20

TIPOS DE ACTUADORES MECANICOS

Tipo de actuador mecánico Descripción

Actuadores hidráulicos

Los actuadores hidráulicos son los que han de utilizar un fluido a

presión, generalmente un tipo de aceite, para que el robot pueda

movilizar sus mecanismos. Los actuadores hidráulicos se utilizan para

robots grandes, los cuales presentan mayor velocidad y mayor

resistencia mecánica.

Actuadores neumáticos

Solo resta hablar de aquellos robots que se valen de los actuadores

neumáticos para realizar sus funciones. En los actuadores neumáticos

se comprime el aire abastecido por un compresor, el cual viaja a través

de mangueras. Los robots pequeños están diseñados para funcionar por

medio de actuadores neumáticos.

2.2.1 Funcionamiento.

Es importante comprender el funcionamiento de los actuadores para su correcta

aplicación.

Funcionamiento del actuador Rotatorio

El objetivo final del actuador rotatorio es generar un movimiento giratorio. El movimiento

debe estar limitado a un ángulo máximo de rotación. Normalmente se habla de actuadores

de cuarto de vuelta, o 90º; fracción de vuelta para ángulos diferentes a 90º.

Actuador Rotatorio Neumático

Para hacer funcionar el actuador neumático, se conecta aire comprimido a uno de los

lados del émbolo o veleta (en adelante, solo “émbolo”) generando una fuerza en sentido

de la expansión del espacio entre el émbolo y la pared del cilindro o el cuerpo. Mediante

un dispositivo mecánico que puede ser el conjunto piñón y cremallera, yugo escocés, o

una simple veleta, el movimiento se transforma en rotatorio. Para mover el actuador en

sentido contrario es necesario introducir aire comprimido en el lado opuesto del émbolo.


21

Actuador Rotatorio Eléctrico

Para hacer funcionar el actuador eléctrico, se debe energizar los bornes correspondientes

para que el motor actúe en la dirección apropiada. Usualmente vienen con un controlador

local o botonera que hace este proceso más sencillo. Sin embargo para la automatización

remota del actuador, se debe considerar el diagrama de cableado que viene con el

actuador. Las conexiones deben considerar fuerza, señales de límites de carrera y torque,

señales análogas o digitales de posición y torque, etc.

2.2.2 Características.

Entre las características más importantes que podemos encontrar en los distintos tipos de

actuadores mecánicos son:

Tipo de actuador Características

Neumáticos

Compresores y depósitos de aire

Sistemas de preparación del aire comprimido

Actuadores neumáticos

Válvulas neumáticas

Otros elementos y accesorios …

Hidráulico

Bombas hidráulicas

Acumuladores

Actuadores hidráulicos

Válvulas hidráulicas

Otros elementos y accesorios …

2.2.3 Modo de comunicación.

Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es

potencia, y los neumáticos son simples posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos


22

requieren mucho equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento

periódico. 10

Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el

punto de vista de precisión y mantenimiento.

Actuador Neumático Actuador Hidráulico

Fuerza Generadora de Movimiento

Presión de aire Presión hidráulica

Elemento Motriz Émbolo, Pistón o Veleta Émbolo, Pistón o Veleta

Transmisión de Fuerza o Torque Eje o Cremallera Eje

Conversión mecánica Yugo o Piñón Yugo o Piñón

UNIDAD 3 PERIFÉRICOS ESTANDARIZADOS

Introducción

Se denominan periféricos tanto a los dispositivos a través de los cuales el ordenador se

comunica con el mundo exterior, como a los sistemas que almacenan la información,

sirviendo de memoria auxiliar de la memoria principal.11 La Figura 14 nos muestra

ejemplos de periféricos.

10 Manual microprocesadores de Intel.11 http://www.gratisweb.com/lula_f/perifericos.htm [Consultado 25.02.2010]

http://www.gratisweb.com/lula_f/perifericos.htm


23

Figura 14. El PC y sus periféricos.

El ordenador es una máquina que no tendría sentido si no se comunicase con el exterior,

es decir, si careciese de periféricos. Por lo que debe disponer de:

Unidad(es) de entrada, a través de la(s) cual(es) poderle dar los programas que queramos que

ejecute y los datos correspondientes.

Unidad(es) de salida, con la(s) que la ordenador nos da los resultados de los programas.

Memoria masiva o auxiliar, que facilite su funcionamiento y utilización.

Los periféricos se pueden dividir en cuatro categorías, que se describen a continuación:

Tipo de periférico Descripción

Periféricos de Entrada

Son los que permiten introducir datos externos a la

computadora para su posterior tratamiento por parte de la

CPU. Estos datos pueden provenir de distintas fuentes,

siendo la principal un ser humano.

Periféricos de Salida

Son los que reciben información que es procesada por la

CPU y la reproducen para que sea perceptible para el

usuario.

Periféricos de Almacenamiento

Se encargan de guardar los datos de los que hace uso la

CPU para que ésta pueda hacer uso de ellos una vez que

han sido eliminados de la memoria principal, ya que ésta se

borra cada vez que se apaga la computadora. Pueden ser

internos, como un disco duro, o extraíbles, como un CD.

Periféricos de Comunicación

Su función es permitir o facilitar la interacción entre dos o

más computadoras, o entre una computadora y otro periférico

externo a la computadora.


24

Figura 15. Clasificación de Periféricos

3.1 Tipos

Un puerto es una forma genérica de denominar a una interfaz por la cual diferentes tipos

de datos pueden ser enviados y recibidos. Dicha interfaz puede ser física, o puede ser a

nivel software (por ejemplo: los puertos que permiten la transmisión de datos entre

diferentes computadoras).12 La Figura 16 nos muestra los puertos del PC disponibles para

la conexión de periféricos.

12 http://maranta.blogcindario.com/2006/02/00005-perifericos.html [Consultado 26.02.2010]

http://maranta.blogcindario.com/2006/02/00005-perifericos.html


25

Figura 16. Puertos del PC.

De acuerdo a estos tipos de puertos, los periféricos pueden comunicarse con la

computadora. Estos puertos pueden ser de tipo PS/2 (seriales), DB-9 y Paralelos (cada

periférico esta diseñado para comunicarse con la computadora a través de alguno de

estos tipos de puertos).

3.1.1 Serial

RS-232 también es conocido como puerto serial. Un puerto serial transfiere datos una tasa

de un bit a la vez. Fue el estándar para las conexiones de teclado y ratón actualmente

están siendo reemplazados por puertos USB.13

Estos tipos de puertos para periféricos con cables de conexión, aún se pueden encontrar

en las solicitudes para la presentación de informes módem externo, un ratón, un teclado, y

13 http://www.tecvallarta.edu.mx:150/eduditec/mod/wiki/view.php?id=1611 [Consultado 28.02.2010]

http://www.tecvallarta.edu.mx:150/eduditec/mod/wiki/view.php?id=1611


26

especialmente en las impresoras fiscales que suelen utilizar este formato para realizar la

conexión a la comunicación.

Figura 17. Puertos seriales del PC.

3.1.2 Paralelos

El puerto paralelo o interfaz paralela se utiliza para la comunicación en los ordenadores

desde los primeros 80ª. La impresora es el dispositivo donde se encuentra un mayor uso

de esta interfaz, aunque actualmente los periféricos, tales como HD, escáneres, cámaras

digitales, Zip y grabadoras de CD lo utilizan muy a menudo. La Figura 18 muestra el

puerto paralelo de una computadora.

Figura 18. Puerto paralelo del PC.

3.2 Aplicaciones con lenguaje de programación híbrida.

Al trabajar con un lenguaje de alto nivel, en ocasiones nos encontramos con el problema

de que necesitamos que haga determinada función o trabajo pero desafortunadamente

ésta solo existe en otro lenguaje que no es el que necesitamos utilizar, o simplemente, no

encontramos esa función en ningún lenguaje de alto nivel. En este momento el lenguaje

ensamblador constituye una herramienta no solo eficaz, sino simple para producir un

parche para el compilador de nuestro lenguaje preferido.


27

La programación en lenguaje ensamblador proporciona un mayor control sobre el

hardware de la computadora, pero también dificulta la buena estructuración de los

programas.

La programación híbrida proporciona un mecanismo por medio del cual podemos

aprovechar las ventajas del lenguaje ensamblador y los lenguajes de alto nivel, todo esto

con el fin escribir programas más rápidos y eficientes.14

El lenguaje ensamblador no cuenta con funciones de entrada y salida formateada, por lo

cual es muy complicado escribir programas que sean interactivos, es decir, programas que

soliciten información o datos al usuario. Es aquí donde podemos explotar la facilidad de la

programación híbrida

Ejemplo de un procedimiento híbrido:

Procedure Limpia_Pantalla; Assembler; Asm Mov AX, 0600h Mov BH, 18h Mov CX, 0000h Mov DX, 184Fh Int 10h End;

UNIDAD 4 PERIFÉRICOS NO ESTANDARIZADOS

Introducción

Un periférico no estandarizado es aquel que necesita de un controlador de dispositivo,

llamado normalmente controlador (en inglés, device driver) para funcionar. Los drivers o

controladores son programas informáticos que permiten al sistema operativo interactuar

con un periférico, haciendo una abstracción del hardware y proporcionando una interfaz

14 DHANANJAY, V, GADRE (2000). Programming and Customizing the AVR Microcontroller. McGraw-Hill Professional Technology & Industrial Arts.


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(posiblemente estandarizada) para usarlo. La Figura 19 muestra algunos periféricos del

computador que podrían requerir un controlador para su funcionamiento.15

Figura 19. Algunos periféricos no estándar

4.1 A través de puertos

Además del microprocesador y la memoria, una computadora tiene otros dispositivos

como son el monitor, impresora, teclado, y bocinas. Estos dispositivos periféricos están

conectados a través de puertos a la computadora.16

Conexión a través de puertos

Externamente, en la placa madre podemos observar lo que ya conocemos como puertos,

que son accesibles sin necesidad de abrir el ordenador y para establecer la conexión nos

basta con el cable apropiado.

Puerto de conexión Descripción del puerto

Puerto Paralelo Normalmente uno, al que se suele conectar la impresora o un módem externo. Se

denomina paralelo porque para enviar los datos utiliza un bus de 8 hilos (bytes). La

longitud del cable no debe superar los 5 ó 6 metros. El conector del puerto paralelo

es de 25 pins (estándar Centronics). La velocidad máxima es de 1,5 Mb/s.

15 Articulo escrito y publicado por: Joshua Marius Espinal LeThe www.letheonline.net 2003 [Leído 05.03.2010]

16 http://www.pccomparativas.com/apunte.php?apunte=15 [Leído 05.03.2010]

http://www.pccomparativas.com/apunte.php?apunte=15

http://www.letheonline.net/


29

Puerto Serie Cuando el cable de transmisión es largo, pueden ocurrir desfases entre las

señales. En este caso es más práctico utilizar los puertos serie: envía la información

bit a bit. Normalmente dos, a uno de ellos se solía conectar el ratón, antes de

inventar el conector PS/2. Normalmente utilizan un interface DB9 (otro estándar es

el RS-232 de 25 pines). Velocidad de transmisión: hasta 112 Kb/s.

PS/2 Dos, uno para ratón (IRQ12) y otro para teclado (IRQ1).

USB (Universal Serial Bus) De dos a cuatro. En un sólo puerto USB se pueden conectar hasta 126 dispositivos

(ratón, módem, impresora, escáner, webcam,...) para ello existen unos dispositivos

(hubs) con múltiples salidas de conector e incluso algunos dispositivos pueden

funcionar como hubs al tener conectores USB incorporados.

Es PnP (Plug and Play: enchufar y listo) además en caliente, es decir, sin

necesidad de reiniciar el sistema puesto que USB reconoce el periférico, si acaso,

podría pedirnos la instalación de un driver. Utiliza una sola IRQ para todos los

dispositivos conectados.

Puerto FireWire Pensado para dispositivos de alta velocidad: cámaras de vídeo, DVD, escáneres,

discos duros,... Permite hasta 63 dispositivos y una velocidad de transmisión de 400

Mbits/s (50 MBytes/s). También permite conexión en caliente, es decir, sin

necesidad de reiniciar el ordenador.

Conectores IDE/EIDE (Enhanced Integrated Drive

Electronic)

Son los estándares para disco duro y CD-ROM. Se caracterizan porque la tarjeta

controladora se encuentra montada sobre el dispositivo (IDE=electrónica integrada

en el dispositivo). La placa madre suele traer dos conectores EIDE (IDE1, IDE2). El

cable para conectar el dispositivo es plano, pudiendo conectarse a un mismo cable

hasta dos discos duros o CD-ROM, uno como maestro (master) que tomará el

control del otro, conocido como esclavo (slave). La decisión de qué extremo del

cable es maestro y cual esclavo depende de la placa base. También tendremos que

configurar cada dispositivo mediante unos jumpers para que se reconozcan a sí

mismos como maestro o esclavo.

4.1.1 Diseño

A continuación se presentan algunos diseños de periféricos que se conectan a la

computadora a través de puertos.

Puertos serie


30

Mouse

Y

Módem

Figura 20. Diseño de puertos serie y periféricos de conexión

Puerto paralelo

Impresora y Escáner

Figura 21. Diseño de puertos paralelos y algunos periféricos de conexión

PS/2

Mouse

Y


31

Teclado

Figura 22. Diseño de puertos PS/2 para teclado y ratón

USB (Universal Serial Bus)

Figura 23. Diseño de conectores USB y modo de interconexión

Fire Wire

Figura 24. Cable y conector Fire Wire


32

Conectores IDE/EIDE (Enhanced Integrated Drive Electronic)

Figura 25. Dos tipos diferentes de cables IDE 80, uno plano y otro redondo.

4.1.2 Programación

Los dispositivos periféricos de E/S transforman la información externa como una pulsación

en una tecla en impulsos eléctricos que son codificados y enviados hacia el procesador

para su interpretación, procesamiento y almacenamiento de forma automática. Estas

señales eléctricas se codifican según unos códigos como el ASCII y la CPU recibe la

información codificada siempre en binario.17

La Figura 25 nos representa un esquema de la programación básica de los dispositivos

periféricos con la computadora.

Figura 25. Familia de Circuitos que permiten adaptar, leer y/o gobernar

17 Klaus Dembowski, Gran Libro del Hardware, Marcombo, 1999.


33

señales externas desde y hacia un sistema microprocesador

Los dispositivos de E/S transforman la información externa en señales codificadas,

permitiendo su transmisión, detección, interpretación, procesamiento y almacenamiento de

forma automática.

4.1.3 Aplicación

Algunas aplicaciones de periféricos no estándar con sistemas de cómputo se describen a

continuación.

Ratón o mouse

La función principal del ratón es transmitir los movimientos de nuestra mano sobre una

superficie plana hacia el ordenador. Allí, el software denominado driver se encarga

realmente de transformarlo a un movimiento del puntero por la pantalla dependiendo de

varios parámetros.18

Teclado

Es el dispositivo para introducción de datos por excelencia; el principal medio de comunicación

entre el usuario y la computadora. Por medio de este periférico, los usuarios suministran

órdenes, información, instrucciones, etc.

Impresora

Las impresoras son periféricos que escriben la información de salida sobre papel. Su

comportamiento inicialmente era muy similar al de las máquinas de escribir, pero hoy día son mucho

más sofisticadas, incluso algunas son fotocopiadoras o fax, conectadas con el ordenador.

18 Pedro de Miguel Anasagasti Fundamentos de computadores Paraninfo, 1996 (5ª edición)


34

Junto con las pantallas, son los dispositivos más utilizados para poder ver en forma directamente

inteligible los resultados de un programa de ordenador.

Scanner

Son dispositivos de entrada de datos de propósito especial que se emplean conjuntamente con

paquetes software para gráficos y pantallas de alta resolución. La mayor parte de los scanners

capturan imágenes en color. Dada la cantidad de espacio de almacenamiento que se necesita para

una imagen no suelen capturarse imágenes en movimiento.

Monitor y pantallas planas

Así como el teclado es el puente básico para la comunicación del usuario con la computadora,

ésta, a su vez, despliega sus resultados al usuario por medio del monitor. El monitor lo único que

hace es recibir la información que se envía desde la tarjeta madre y la convierte en puntos

luminosos en la pantalla.19

Además de los dispositivos mencionados anteriormente muchos más como lectoras de código de

barras, unidades de CD/DVD, discos duros, joysticks, etc, cada uno de los cuales tienen su

aplicación a los sistemas informáticos.

4.2 A través de interfaz

Una interfaz de control es un dispositivo de enlace entre un puerto de salida de un

ordenador y los componentes eléctricos/electrónicos de un sistema. Proporciona potencia

a los componentes eléctricos y actúa como buffer entre los componentes y el ordenador.20

Algunos de los periféricos de la computadora a través de interfaz (o ranuras de expansión)

son:

1. Tarjetas gráficas

2. Tarjetas de audio

19 Win L. Rosch. Hardware Bible (6th ed.). QUE, 2003.20 José M Martín, Hardware Microinformático, Ra-Ma, 2003.


35

3. Tarjeta Ethernet

4. Tarjeta SCSI (Small Computer System Interfaz)

5. Módem interno

6. Intelligent Interface of fischertechnik

4.2.1 Diseño

El diseño de algunos de los dispositivos periféricos mencionados se muestran en las

siguientes figuras.

Tarjeta de audio

Figura 27. Diseño de la Tarjeta de Audio

Tarjeta Ethernet


36

Figura 28. Diseño de Tarjetas Ethernet

Intelligent Interface of fischertechnik

Figura 29. Diseño y modelo del Interface Inteligente

4.2.2 Programación

Todos los dispositivos periféricos están programados para su adecuado con los sistemas

o dispositivos informáticos. A continuación se presenta una breve descripción de la forma

en que estos dispositivos (mencionados anteriormente) están programados para su

funcionamiento.

Periférico Programación

Tarjeta de gráficos Una tarjeta gráfica tiene su propia memoria y procesador que maneja los

cálculos necesarios para convertir los datos de la imagen para que puedan ser

desplegados como píxeles en el monitor.

Tarjeta de audio La señal de audio que obtiene un micrófono es analógica.

El proceso para digitalizar la onda analógica se lleva a cabo mediante un

muestreo, que permite que los sonidos puedan ser procesados usando el


37

lenguaje binario.

La frecuencia de muestreo es el número de muestras de señal que se recogen

cada segundo. Si se recogen más muestras, la calidad el sonido aumenta, pero

en cuanto a adquisición de datos, se aumenta también el espacio que ocupa la

toma de datos en bits.

Tarjeta Ethernet Los componentes electrónicos incorporados en la tarjeta de red se encargan de

gestionar la transferencia de datos entre el bus del ordenador y el medio de

transmisión, así como del proceso de los mismos.

Interface Inteligente de

fischertechnik

La forma natural de programar la interfaz es el lenguaje LLWin de

fischertechnik, pero en modo "on-line" (modo en línea) puede ser utilizada

mediante cualquier lenguaje de programación. Los detalles acerca de este

proceso se pueden encontrar en http://www.fischertechnik.de/. En dicha página

figuran algunos drivers diseñados para diferentes lenguajes de programación.

Cada uno de los dispositivos descritos conlleva a una programación específica (no

descrita) y que requieren de otros dispositivos electrónicos para lograrlo.

4.2.3 Aplicación

La aplicación para la que son requeridos los dispositivos periféricos, descritos en esta

unidad, se presenta brevemente.

Tarjeta de video

Los unos (1) y ceros (0) que envía el microprocesador, son convertidos por la tarjeta de video en la

información que es desplegada por el monitor. El poder de cómputo de muchas tarjetas de video

modernas, es superior al de toda una máquina de hace unos 5 ó 6 años. Esto se debe a que

poseen varias decenas de MB de RAM (para el almacenamiento temporal de la información de

video), poderosos procesadores de señal, buses de muy alta velocidad, etc.


38

Por lo tanto, de la tarjeta de video incorporada en el sistema depende la calidad de las

imágenes obtenidas en el monitor, así como la velocidad de respuesta.21

Tarjeta de sonido y altavoces

Para que la computadora pueda generar sonidos de calidad similar a un equipo de audio,

requiere de un circuito especial que recoja los unos y ceros enviados por el microprocesador y

los transforme en ondas sonoras. Esta es precisamente la función de la tarjeta de sonido y de las

bocinas o altavoces.

En sentido estricto, esta tarjeta se cuenta entre los dispositivos mixtos porque posee una entrada

para micrófono o señal externa, en cuyo caso la señal de audio es convertida en una señal digital

que la máquina puede interpretar. 22

Tarjeta de red

Cada vez con mayor frecuencia, las oficinas y algunos hogares poseen varias máquinas que

pueden estar intercomunicadas. Pero este intercambio de archivos no se realiza por medio de

disquetes u otros medios removibles, sino mediante una configuración de red que requiere de

una tarjeta o circuitos específicos diseñados para dicha función.

La Intelligent Interface de fischertechnik

Un ejemplo del conexionado de los actuadores y sensores a la interface se muestra en la

Figura 30. En este ejemplo cuatro motores están conectados a las salidas digitales y ocho

pulsadores a las entradas digitales. De estos ocho, cuatro se utilizan como finales de

carrera (E1, E3, E5, E7) y los otros cuatro (E2, E4, E6, E8) se utilizan como contadores de

impulsos (golpeados por una rueda dentada de 4 dientes conforme giran los motores) que

21 Pedro de Miguel Anasagasti Fundamentos de computadores Paraninfo, 1993 (4ª edición)

22 Ibíd.


39

sirven para llevar la cuenta de la posición actual del robot - el conjunto motor de c.c. más

contador de impulsos actúa como un motor paso a paso-. Este montaje se utiliza en un

brazo de robot manipulador articulado de tres grados de libertad finalizado en una pinza.23

Figura 30. Aplicación de la Interface Inteligente

UNIDAD 5 INTERFACES

Introducción

Interfaz. Conexión e interacción entre hardware, software y el usuario. El diseño y

construcción de interfaces constituye una parte principal del trabajo de los ingenieros,

programadores y consultores. Los usuarios “conversan” con el software. El software

“conversa” con el hardware y otro software. El hardware “conversa” con otro hardware.

Todo este “diálogo” no es más que el uso de interfaces. Las interfaces deben diseñarse,

desarrollarse, probarse y rediseñarse; y con cada encarnación nace una nueva

especificación que puede convertirse en un estándar más, de hecho o regulado.24

5.1 Conceptos básicos

23 http://www.lainterfaz_de_control.com.mx [Leído 10.03.2010]24 William Stallings, "Organización y arquitectura de computadores", 7ª Ed., Pearson, 2006.

http://www.lainterfaz_de_control.com.mx/


40

Interfaz: dispositivo electrónico que se conecta entre el PC y los elementos a ser

controlados (actuadores, interruptores, pulsadores, relés, circuitos, motores, etc.).

Su misión es garantizar el correcto aislamiento eléctrico entre los puertos del PC y

los dispositivos externos.

Bus: Normalmente se refiere al conjunto de señales con las que se comunica el

microprocesador con el entorno: memoria o periféricos (a través de las interfaces).

:

Figura 31. Representación lógica de una interfaz

Las funciones más importantes de un interfaz son:

Interpretar las órdenes que recibe de la CPU y transmitirlas al periférico

Controlar las transferencias de datos entre la CPU y el periférico (convertir

formatos, adaptar velocidades,..).

Informar a la CPU del estado del periférico.

Detección de errores (defectos mecánicos o eléctricos en el funcionamiento del

dispositivo. Ejemplos: atasco de papel, cambio de un bit, etc.)

Los interfaces también se denominan controladores, interfaces o tarjetas de E/S.25

5.2 Clasificación

25 Scott Mueller, "Upgrading and Repairing PCs", 17th Ed., QUE, 2006.


41

En una primera aproximación, los puertos y los interfaces del computador se pueden

clasificar en función del tipo de transmisión de información que permitan:26

Serie

Puerto serie: Interfaz RS-232.

Puerto/interfaz USB.

Puerto FireWire: Interfaz IEEE 1394.

Paralela

Puerto paralelo: Interfaz Centronics ó IEEE 1284.

Figura 32. Puertos e interfaces de la computadora

De igual forma, las interfaces que interrelacionan en el diálogo entre usuario-máquina son

periféricos que se pueden clasificar según el sentido de la comunicación:

Dispositivos de entrada: usuario- máquina

Los dispositivos de entrada son los que se utilizan

para introducir información en el ordenador. Los

sensores del dispositivo transforman la información

en señales físicas que envían a un controlador o

programa del sistema operativo para su

interpretación.

Figura 32. Interfaz de entrada

26 Amat J, Casals A, Frigola M, Pagés J. Possibilities of man-machine interaction through the perception of human gestures. Contributions to Science 1999; 1(2): 159-173.


42

Los dispositivos de entrada más populares son: teclados, ratones, escáneres, micrófonos,

cámaras, monitores táctiles, joysticks, lectores de tarjetas, códigos de barras, etc.

Dispositivos de salida: máquina-usuario

Los dispositivos de salida son los que generan, a partir de una orden de un usuario,

unidades de significado mediante formas y símbolos empleados en la representación

gráfica de la información, o el sonido en el caso de la representación auditiva.

Los dispositivos de salida más populares son: monitores, impresoras, altavoces, cascos,

etc. 27

Figura 33. Interfaz de salida

5.3 Programación de bajo nivel

Lenguaje de bajo nivel

Un lenguaje de programación de bajo nivel es el que proporciona poca o ninguna

abstracción del microprocesador de un ordenador. Consecuentemente es fácilmente

trasladado a lenguaje de máquina. La palabra "bajo" no implica que el lenguaje sea inferior

a un lenguaje de alto nivel; se refiere a la reducida abstracción entre el lenguaje y el

hardware.28

Lenguajes de bajo nivel existentes

Lenguaje Descripción

Es el lenguaje que la computadora entiende, su estructura está totalmente

27 Brahnam S, Chuang CF, Shih FY, Slack MR. Machine recognition and Representation of neonatal facial displays of acute pain. Artif Intell Med 2006; 36(3): 211-222.28 M. Tischer. PC Interno. Programación de sistema. Marcombo, 1993.


43

Lenguaje de máquina

(Primera generación)

adaptada a los circuitos de la máquina y la programación es tediosa porque los

datos se representan por ceros y unos. Es de bajo nivel. Es un conjunto de

instrucciones codificadas en binario que son capaces de relacionarse

directamente con los registros y circuitería del microprocesador de la

computadora y que resulta directamente ejecutable por éste, sin necesidad de

otros programas intermediarios. Los datos se referencian por medio de las

direcciones de memoria donde se encuentran y las instrucciones realizan

operaciones simples. Estos lenguajes están íntimamente ligados a la CPU y por

eso no son transferibles. (Baja portabilidad).

Lenguaje ensamblador

(Segunda Generación)

Es otro lenguaje de programación de bajo nivel, pero simbólico porque las

instrucciones se construyen usando códigos de tipo mnemotécnico, lo cual

facilita la escritura y depuración de los programas pero no los acorta puesto que

para cada acción se necesita una instrucción. El programa ensamblador va

traduciendo línea a línea a la vez que comprueba la existencia de errores. Si

localiza alguno da un mensaje de error. Algunas características que lo

diferencian del lenguaje de máquina son que permite el uso de comentarios

entre las líneas de instrucciones; en lugar de direcciones binarias usa

identificadores como total, x, y, etc. Y los códigos de operación se representan

por mnemotécnica siempre tienen la desventaja de repertorio reducido de

instrucciones, rígido formato para las instrucciones, baja portabilidad y fuerte

dependencia del hardware. Tiene la ventaja del uso óptimo de los recursos

hardware, permitiendo la obtención de un código muy eficiente.

Figura 34. Esquema general de la programación de bajo nivel

En general se utiliza este tipo de lenguaje para programar controladores (drivers).

Ventajas:


44

Mayor adaptación al equipo.

Posibilidad de obtener la máxima velocidad con mínimo uso de memoria.

Inconvenientes:

Imposibilidad de escribir código independiente de la máquina.

Mayor dificultad en la programación y en la comprensión de los programas.

El programador debe conocer más de un centenar de instrucciones.

Es necesario conocer en detalle la arquitectura de la máquina.

5.4 Aplicaciones

Actualmente la tecnología y el trabajo humano esta íntimamente relacionada con las

computadoras; como lo es el diseño gráfico, la redacción, el control de instrumentos y

maquinaria, las comunicaciones, etc. Dependiendo de la aplicación dada a una

computadora son las interfaces que se le instalan. Como en diseño gráfico, los periféricos

necesarios son la cámara digital, impresora, mouse, tableta digitalizadora; entre otros.

El desarrollo de la computadora va ligado al de sus periféricos. Para toda aplicación de la

computadora, el dispositivo en común es el mouse. El mouse se ha utilizado

comercialmente desde principios de los años80 como una herramienta de trabajo auxiliar

con la computadora. 29

29 Johnson, Peter W.; Steven Lehman y David M. Rempel, “Measuring muscle fatigue during computer mouse use”, 18th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Amsterdam 1996 5.7.1, EMGand Muscular Fatigue, 1996.


45

Otra interfaz necesaria para el trabajo con una computadora es a nivel de software. Cada

aplicación de software posee una interfaz gráfica y de interacción con las interfaces de

hardware, como el mouse. De la misma manera que en hardware, en software el

desarrollo es continuo.

Los lenguajes de programación, tales como C++, JAVA, VBASIC, poseen herramientas

especializadas para crear interfaces gráficas y de periféricos con el fin de que el usuario

realice de manera eficiente su trabajo. 30

El diseño de interfaces ya sea en hardware o software se basa principalmente en la

aplicación y en la ergonomía para el usuario.

DESARROLLO DEL PROYECTO

Antes de realizar nuestro proyecto EN LAB, haremos una breve descripción de todos los

materiales y dispositivos electrónicos que se emplearán para llevarlo a cabo.

1. Motor con su juego de engranajes y ruedas correspondientes:

30 Fröhlich, Bernd; John Plate, Jürgen Wind, Gerold Wesche, y Martin Göbel, “Cubic-Mouse-Based Interaction in Virtual Environments”, IEEE Computer Graphics and Applications, 2000.


46

Este material es un simple par de llantas de un carrito a control remoto, con su

respectivo motor incluido. El motor es el encargado de proporcionar la fuerza

necesaria para el movimiento de nuestro proyecto, este dispositivo puede

considerarse como un actuador electrónico.

2. Ruedas con eje que giran libremente:

Este material es igual al descrito anteriormente, un juego de llantas de un carrito de

juguete, solo que este no contará con motor.

3. Interruptor final de carrera:

El final de carrera o sensor de contacto (también conocido como "interruptor de

límite") o limit switch, son dispositivos eléctricos, neumáticos o mecánicos situados

al final del recorrido de un elemento móvil, como por ejemplo una cinta

transportadora, con el objetivo de enviar señales que puedan modificar el estado de

un circuito.

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

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

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

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Neum%C3%A1tica

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica

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


47

4. Interruptor:

Un interruptor eléctrico es un dispositivo utilizado para desviar o interrumpir el curso

de una corriente eléctrica. El término "el interruptor" se refiere típicamente a la

electricidad o a circuitos electrónicos. En la gráfica se muestra el interruptor

utilizado en nuestro proyecto.

5. Pilas de 1.5 volts (AA):

Se denomina pila a aquel sistema que transforma la energía producida en una

reacción química, en energía eléctrica.

Las pilas empleadas para el desarrollo de este proyecto son pilas de 1.5 volts, se

utilizarán dos y su función será proporcionar la fuente de energía al circuito de

nuestro robot.

6. Chapa de madera (okumen):

Definición: Una fina hoja de madera de un espesor similar, que se obtiene tanto por

desenrollo de madera en rollo como por corte a la plana o por el aserrado de

http://www.monografias.com/Quimica/index.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtml

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctrica


48

bloques de fragmentos de madera. En este proyecto se utilizará una chapa de

madera de 19 x 7.8 cm y 1cm de espesor.

7. Cuadradillo:

Un cuadradillo es una regla de sección cuadrada, maciza o hueca que se emplea

para trazar líneas. Los cuadradillos pueden hacerse en madera o metal y se

emplean para hacer líneas paralelas y equidistantes en el papel haciéndolo girar

después de trazada la línea alrededor de la arista que se ha utilizado hasta que se

apoye en el papel por la cara adjunta.

En este proyecto se utilizarán cuadradillos de madera de 1cm de grosor.

8. Cola blanca (Resistol):

Este tipo de pegamento es apropiado para pegar madera. También puede usarse

para chapado, plástico laminado o tableros aglomerados. También suele ser

llamado “cola blanca”. Se puede limpiar con un paño mojado mientras la cola aún

esté húmeda. En este proyecto se utilizará resistol de la marca Bully.


49

9. Cola térmica (Silicón):

Este tipo de pegamento se utiliza para unir superficies que son de materiales

distintos entre ellos: metal y vidrio, vidrio y plástico, etc. Al entrar en contacto ambos

pegamentos, se produce una reacción química que hará que se peguen las

superficies.

10. Lima:

Instrumento de acero con la superficie finamente estriada para desgastar y alisar

los metales y otras materias duras.

Para el presente proyecto la lima se utilizará para ranurar la madera empleada en

este.

11. Regla de cálculo:

La regla de cálculo es un instrumento manual de cálculo que dispone de varias

escalas numéricas, para facilitar la rápida y cómoda realización de operaciones

aritméticas complejas, como puedan ser multiplicaciones, divisiones, etc. A cambio

de ello, no ofrece más que una precisión limitada.

En este proyecto se utilizará para tomar las medidas adecuadas del cuadradillo y la

chapa de madera.

http://es.wikipedia.org/wiki/Precisi%C3%B3n


50

12. Segueta:

Una segueta o sierra de marquetería es una herramienta cuya función es cortar o

serrar, principalmente madera o contrachapados, aunque también se usa para

cortar láminas de metal o aún molduras de yeso.

Normas de seguridad:

No colocar los dedos en la trayectoria de corte.

Tener cuidado cuando los pelos de la segueta se rompen.

Otros materiales que se utilizarán en el desarrollo de nuestro Auto Robot son cartulina,

esferas de unicel y marcadores negro y amarillo para elaborar la interfaz de nuestro robot.

Otros elementos:

En algunos de los materiales descritos también podemos encontrar los siguientes

dispositivos electrónicos:

Transistor:

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de

amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la

contracción en inglés de transfer resistor (resistencia de transferencia).

Los transistores son componentes esenciales para nuestra civilización porque toda

la electrónica moderna los utiliza, ya sea en forma individual (discreta) como

también formando parte de circuitos integrados, analógicos o digitales, de todo tipo:

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

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

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

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

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


51

microprocesadores, controladores de motores eléctricos, procesadores de señal,

reguladores de voltaje, etc.

Resistencia:

Se denomina resistencia o resistor (en lenguaje técnico) al componente electrónico

diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de

un circuito.

Electrolito:

Solución líquida que ayuda al flujo de energía en una pila.

Condensador:

Dispositivo electrónico que regula la entrada de corriente al motor eléctrico utilizado

en este proyecto.


52

DESCRIPCION DE LA IMPMENTACION EN LAB

A continuación se realiza una breve descripción del montaje del proyecto en el laboratorio,

acompañada de evidencias fotográficas de su desarrollo.

1. Reunión de todo el material necesario para el inicio del montaje del Auto robot en el

laboratorio

2. Medición y corte del cuadradillo en piezas de distintas medidas. Las medidas y su

uso se describen a continuación:

- Una de 19 cm es el eje longitudinal.

- Dos de 8 cm que son los parachoques.

- Dos de 2 cm para los arcos que hacen de guía al eje longitudinal.

- Cuatro de 0.5 cm para el soporte de los arcos antes mencionados Uno en

forma de coto para accionar el final de carrera.


53

3. Unión de la chapa de madera con los cortes de cuadradillo, utilizando cola térmica

(silicón) para su unión.

4. Colocación de las ruedas a la base de madera, además del motor y engranes


54

5. Instalación de las baterías (pilas) y el interruptor en la base de madera del Auto

Robot.

6. Instalación del Interruptor final de carrera y el interruptor al circuito.


55

PUESTA EN MARCHSA

Funcionamiento

El funcionamiento de nuestro Auto Robot 0 (Zero) es sencillo, pero muy divertido.

Cuando 0 (Zero) se pone en funcionamiento gracias al interruptor de puesta en marcha,

avanza hasta colisionar con un obstáculo (por ejemplo una pared). Como se ilustra en la

figura.

En el momento en el que 0 (Zero) colisiona con el obstáculo, el parachoques retrocede,

gracias al interruptor final de carrera que invierte la polaridad en la energía del circuito. El

motor invierte su sentido de giro, por lo que el robot retrocede.

Cuando colisione con la parte atrás con otro obstáculo, el robot nuevamente invertirá su

sentido y avanzará de nuevo, como se ilustra en la imagen siguiente.

Este proceso se repite indefinidamente, hasta que 0 (cero) se para con el interruptor

mecánico.


56

Descripción y video de 0 (Zero)

0 (Zero) es un robot tremendamente sencillo, esta construido sobre una base de madera

(chapa) de 4.5 x 15 cm, la cual incluye un parachoques deslizable, elaborado por el equipo

de desarrollo pensando en que si en algún momento del funcionamiento de nuestro robot

colisiona con un obstáculo, este no sea directo a la base de madera que contiene la

circuitería para el funcionamiento de este. Los neumáticos de cero son de 3cm de

diámetro y muy llamativos.

Los dispositivos que incluye 0 (Zero) para su funcionamiento son un interruptor mecánico

para ponerlo en marcha y para apagarlo, un par de pilas de 1.5v que proporcionan la

energía necesaria para su funcionamiento, el motor, que es quién impulsa a 0 (Zero) en su

corrida, gracias a la energía proporcionada por las pilas.

Por último se le ha colocado a 0 (Zero) una careta de robot, para hacerle honor a su

nombre Auto Robot y parezca más divertido.

Para mostrar el funcionamiento en vivo de 0 (Zero) se presentará un video realizado en

casa de uno de los integrantes del equipo de desarrollo y el equipo lo presentará ante el

grupo el día de su entrega.

IMÁGENES de 0 (Zero)

Por la parte superior:


57

Por la parte inferior:

A los costados:


58

Justificación

El desarrollo de este proyecto informático se justifica por la gran utilidad que hoy en día

tienen los equipos informáticos, ya que estos medios se han convertido en parte de

nuestra vida cotidiana directa o indirectamente. Gracias a todos estos medios se han

agilizado gran cantidad de actividades laborales.

Todo lo mencionado anteriormente es un gran avance en la tecnología, pero nosotros

como futuros profesionistas en el área de informática, es necesario que conozcamos la

arquitectura y funcionamiento de los componentes de estos dispositivos, por ello en este

proyecto se pretende conocer el funcionamiento básico de algunos elementos electrónicos

que suelen incluir los dispositivos informáticos como sensores, actuadores, periféricos e

interfaces, para la comunicación de datos.

De igual forma, el equipo de desarrollo del proyecto esta muy entusiasmado con el

aprendizaje que pueda dejarnos la construcción de este Auto robot utilizando material

reciclable, además de que será todo un reto lograr su funcionamiento.

Esperamos poder cumplir los objetivos de la mejor manera posible del presente proyecto y

obtener los mejores resultados esperados, para compartirlo con nuestros compañeros.


59

Conclusiones

A lo largo del desarrollo de este proyecto electrónico el equipo de desarrollo adquirió

muchos conocimientos acerca del desarrollo de las interfaces, específicamente en el área

de informática, acerca de su desarrollo y sus diversas aplicaciones en esta área.

Actualmente estos instrumentos son de vital importancia para la comunicación entre el

hombre y los sistemas informáticos, debido al incremento en el uso de estos.

Pero también aprendimos mucho sobre los componentes que pueden incluir estas

interfaces para su funcionamiento específico, los cuáles pueden ser sensores, actuadores,

periféricos y las mismas interfaces, así como la manera en que pueden funcionar estos

dispositivos y sus aplicaciones en el mundo real.

Concluimos el desarrollo de este proyecto con estos aprendizajes y comprendemos que

debemos ser capaces de continuar con el diseño y desarrollo de interfaces en nuestra

área tanto para nuestra propia utilidad como para la sociedad en general que hace uso de

los sistemas informáticos.

Fuentes de información


60

1. Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, 1987. CSIC-CDTI: Introducción a los sensores.

2. Smith, S.D.: Optoelectronics devices. Prentice Hall, 1995.3. AENOR: Norma EN50010 de Sensores de Proximidad.4. REPUBLICA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO “SANTIAGO

MARIÑO” DIRECCION DE ESCUELA DE INGENIERIA CATEDRA: ELECTIVA V (ROBOTICA).

5. Manual microprocesadores de Intel.6. Programming and Customizing the AVR Microcontroller. McGraw-Hill Professional

Technology & Industrial Arts. DHANANJAY, V, GADRE (2000).7. Fundamentos de computadores Paraninfo, Pedro de Miguel Anasagasti, 1996 (5ª

edición).8. Hardware Bible, Win L. Rosch. (6th ed.). QUE, 2003.9. Hardware Microinformático, José M Martín, Ra-Ma, 2003.10. "Organización y arquitectura de computadores", William Stallings, 7ª Ed., Pearson,

2006.11. "Upgrading and Repairing PCs", Scott Mueller, 17th Ed., QUE, 2006.12. Possibilities of man-machine interaction through the perception of human gestures,

Amat J, Casals A, Frigola M, Pagés J. Contributions to Science 1999.13. Machine recognition and Representation of neonatal facial displays of acute pain,

Brahnam S, Chuang CF, Shih FY, Slack MR Artif Intell Med 2006;

14. Programación de sistema, PC Interno Marcombo, M. Tischer 1993.15. Johnson, Peter W.; Steven Lehman y David M. Rempel, “Measuring muscle fatigue

during computer mouse use”, 18th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Amsterdam 1996, EMGand Muscular Fatigue, 1996.

16. Fröhlich, Bernd; John Plate, Jürgen Wind, Gerold Wesche, y Martin Göbel, “Cubic-Mouse-Based Interaction in Virtual Environments”, IEEE Computer Graphics and Applications, 2000.

17. Klaus Dembowski, Gran Libro del Hardware, Marcombo, 1999.

Fuentes de Internet para la consulta de la bibliografía:

1. Teoría de sensores ópticos disponible en: http://www.nortecnica.com.ar/pdf/teoria_opticos_2_2.pdf

2. Sensores optoelectrónicos disponible en: http://www.4shared.com/file/220943487/29b8607a/26 SENSORES OPTO ELECTRNIC.html

3. Jon Roura | I.E.S. Joan Ramón Traball de Recerca | Benaprès disponible en : http://automatastr.galeon.com/actuadores.htm

4. SIPOS Aktorik GmbH Actuadores eléctricos Im Erlet 2 D-90518 Altdorf. 2008 >> Edición 08/08 << Referencia SIP-DO 00.01.001 ES Y070.104/ES. Disponible en: http://www.sipos.de/downloaddateien/prospekte/Technology_SIPOS_5_Flashspanish.pdf

http://www.sipos.de/downloaddateien/prospekte/Technology_SIPOS_5_Flashspanish.pdf

http://automatastr.galeon.com/actuadores.htm

http://www.4shared.com/file/220943487/29b8607a/26%20SENSORES%20OPTO%20ELECTRNIC.html

http://www.nortecnica.com.ar/pdf/teoria_opticos_2_2.pdf


61

5. Los Actuadores mecánicos y su funcionamiento. Disponible en: http://www.pmzcomatrans.com/transmision/actuadores-mecanicos/

6. Periféricos de la computadora. Disponible en: http://www.gratisweb.com/lula_f/perifericos.htm

7. Clasificación de los periféricos. Disponible en: http://maranta.blogcindario.com/2006/02/00005-perifericos.html

8. Interfaces Periféricos Estandarizados. Disponible en: http://www.tecvallarta.edu.mx:150/eduditec/mod/wiki/view.php?id=1611

9. Programación Híbrida: Articulo escrito y publicado por: Joshua Marius Espinal LeThe www.letheonline.net 2003

10. Definiciones de interfaz y su clasificación. Disponible en: http://www.pccomparativas.com/apunte.php?apunte=15

11. Aplicaciones de la interfaz de control. Disponible en: http://www.lainterfaz_de_control.com.mx

http://www.lainterfaz_de_control.com.mx/

http://www.pccomparativas.com/apunte.php?apunte=15

http://www.letheonline.net/

http://www.tecvallarta.edu.mx:150/eduditec/mod/wiki/view.php?id=1611

http://maranta.blogcindario.com/2006/02/00005-perifericos.html

http://www.gratisweb.com/lula_f/perifericos.htm

http://www.pmzcomatrans.com/transmision/actuadores-mecanicos/


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ANEXOS

GLOSARIO DE TERMINOLOGÍAS

1. Actuador: dispositivo capaz de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y de gas.

2. Actuador eléctrico: dispositivo que utiliza energía eléctrica para ejecutar sus movimientos.

3. Actuador mecánico: dispositivo que transforma el movimiento rotativo a la entrada, en un movimiento lineal en la salida.

4. Bus: conjunto de señales con las que se comunica el microprocesador con el entorno: memoria o periféricos.

5. Interfaz: dispositivo electrónico que se conecta entre el PC y los elementos a ser controlados (actuadores, interruptores, pulsadores, relés, circuitos, motores, etc.).

6. Lenguaje de Bajo Nivel: Es un lenguaje de programación que proporciona poca o ninguna abstracción del microprocesador de un ordenador.

7. Periférico: Los periféricos son una serie de dispositivos que conectan a la unidad central del sistema de la computadora con el exterior.

8. Puerto: Interfaz de la computadora por la cual diferentes tipos de datos pueden ser enviados y recibidos.

9. Sensor: Dispositivo diseñado para recibir información de una magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud, normalmente eléctrica, que seamos capaces de cuantificar y manipular.


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COPIAS, MAPAS Y ESQUEMAS

Esquema del circuito del Auto Robot 0 (Zero)

Algunas imágenes mas del Auto Robot 0 (Zero)


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PROPUESTA INICIAL

Interfaces

Asesor:

Lic. Rosa Norma García Morales

Trabajo:

Desarrollo de un Auto Robot (con material reciclable)

Alumnos:

José Luis Pérez de la CruzUrania Ochoa PulidoJuan Antonio Pérez HernándezDaniel Santos Magaña

Ing. En Sistemas Computacionales VIII A

Comalcalco, Tabasco a 22 de marzo del 2010.


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Introducción

Los robots o autómatas son algo cada vez más común en la vida humana, y cada vez

toman más relevancia en las actividades del hombre. Ya sea para facilitar, aminorar la

cantidad de trabajo o simplemente por entretenimiento, el hombre ha ido creando estos

personajes poseedores de inteligencia artificial.

Debido a lo interesante que puede llegar a ser la construcción de un robot, nuestro equipo

decidió proponer para este proyecto la construcción de un pequeño pero significativo robot

tipo auto, el cuál esta pensado para construirse a un bajo coste, de una forma sencilla y

rápida, haciendo uso de materiales reciclados que el equipo posea.

Este proyecto se pretende llevar a cabo con el propósito de conocer el uso y

funcionamiento de dispositivos electrónicos, tales como sensores, switches, diodos,

periféricos, etc.

Esperamos que el esfuerzo aplicado, sea una herramienta de ayuda para futuros

proyectos, en base a nuestra propuesta.


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Nombre de la propuesta

Auto Robot 0 (Zero).


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OBJETIVOS

Objetivo general:

Que el alumno conozca y analice los diferentes tipos de dispositivos (sensores,

actuadores, periféricos, etc.) que contienen la mayoría de los equipos electrónicos

informáticos hoy en día.

Objetivo del proyecto:

Llevar a cabo la construcción de un auto robot, a través de material reciclado, para

conocer el funcionamiento y uso de dispositivos electrónicos como sensores, actuadores,

periféricos e interfaces.


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Alcances

El alcance de este proyecto para el desarrollo de un kit electrónico, es poner en práctica el

funcionamiento de dispositivos electrónicos (sensores, periféricos, etc.), a través del

desarrollo de un innovador invento, con el objetivo de conocer el uso y funcionamiento que

puede tener cada dispositivo a utilizar en el presente proyecto.

Limitaciones

El resultado del proyecto, dependerá en gran parte de la habilidad y agilidad del equipo,

durante el tiempo en que se desarrolle el proyecto. Se pondrá en función y será expuesto

el resultado obtenido al concluir proyecto propuesto.


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Descripción general

0 (Zero) es un robot tremendamente sencillo, que solo necesita un motor. Se puede hacer

fácilmente, a partir de los restos de un juguete. Invierte su sentido de movimiento cuando

colisiona con un obstáculo.

Funcionamiento:

Cuando 0 (Zero) se pone en funcionamiento gracias al interruptor de puesta en marcha,

avanza hasta encontrar un obstáculo (por ejemplo una pared).

En el momento en el que colisiona, el parachoques retrocede, lo que hace que se accione

la palanquita del final de carrera. El motor invierte su sentido de giro, por lo que el robot

retrocede.

Cuando colisione con la parte de atrás con otro obstáculo, el parachoques trasero se

desplazará, y la palanquita del final de carrera se liberará y el robot avanzará de nuevo.

Este proceso se repite indefinidamente, hasta que 0 (cero) se para con el interruptor.


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Materiales

Los componentes que se emplean son muy simples y fáciles de conseguir:

13.Un motor con su juego de engranajes y las ruedas correspondientes.

14.Unas ruedas con su eje que giren libremente.

15.Un final de carrera.

16.Un interruptor para poner a 0 (Zero) en marcha o pararlo.

Para alimentar el circuito eléctrico:

1. Dos pilas de petaca de 4'5 voltios (en cada caso pueden variar).

Para la estructura:

1. Una chapa de madera (okumen).

2. Menos de un metro de cuadradillo de 1 cm.

3. Cola blanca.

4. Cola térmica.


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Costo

Para calcular el costo de nuestro proyecto, a continuación se presenta un análisis del

costo que tiene cada material a utilizar en nuestro proyecto.

Cantidad Nombre del material Costo ($)1 motor con su juego de engranajes 15.00

1 Par ruedas con su eje 10.00

1 Final de carrera 30.00

1 Interruptor 15.00

2 Pila de petaca de 4'5 voltios 25.00

1 chapa de madera 15.00

2 metro de cuadradillo de 1 cm 5.00

1 Cola blanca 10.00

1 Cola térmica 10.00

TOTAL $ 135.00

La tabla anterior nos muestra una aproximación del costo del proyecto en cuanto al

material se refiere.

Cabe aclarar que los gastos en la búsqueda de estos materiales, así como otras

actividades improvisadas que se presenten, serán parte del costo del proyecto y que a lo

largo del desarrollo del proyecto se pretende llevar un registro de dichas actividades y su

costeo, para su anexión al final del proyecto.


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Utilidad

El proyecto a desarrollar nos lleva a pensar que es de mucha utilidad, ya que

conoceremos de una manera simulada el funcionamiento de sensores, actuadores,

periféricos, etc, como los dispositivos electrónicos reales utilizados en los sistemas

informáticos actuales.

De igual forma este proyecto nos hará conocer más y desarrollar nuestras capacidades

creativas.

Conclusiones

Durante el análisis de esta propuesta se pretende conocer de manera real y aplicada el

funcionamiento y uso de sensores, actuadores y otros dispositivos electrónicos que son

parte de nuestra vida diaria. Todos estos dispositivos son utilizados en el área informática

para realizar tareas generales o específicas, con el propósito de mejorar los servicios y

actividades que son realizadas por sistemas informáticos.

Esperamos poder llevar a cabo esta propuesta y cumplir con los objetivos establecidos

para el fin de este proyecto.


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DIAGRAMA DEL TIEMPO DE ENTREGA


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AGRADECIMIENTOS:

A la Lic. Rosa Norma García Morales:

Nuestra asesora en este proyecto, nuestros más atentos y cordial agradecimientos por

habernos guiado durante el desarrollo e implementación de este proyecto. Así como sus

aportaciones para mejorar nuestra investigación en cada una de las etapas de este

proyecto y su documentación.

Al Laboratorio de Electrónica del Instituto Tecnológico Superior de Comalcalco y el Ing.

Tomás Hernández (Encargado del área):

Por habernos facilitado información y el material necesario para elaborar toda la

electrónica que se utilizó para el desarrollo de nuestro proyecto, así como su ayuda con

las dudas en el uso de los materiales electrónicos.

Al negocio Electrónica y Computación y su encargado Sr. Ironides García Torres:

Por haber colaborado con el equipo para realizar la unión eléctrica de cada uno de los

elementos de nuestro proyecto, que se incluyeron en el circuito utilizado en este.

documentacion de interfaces 1

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