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ESCUELA POLITECNICA DEL EJRCITO

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGA Y MECNICA

CARRERA DE INGENIERA MECATRNICA

CONTROL DIGITAL

PROYECTO PRIMER PARCIAL:Diseo e implementacin de un control on off digital y

analogico.

INTEGRANTES:

Llaguarima Marco.Paulina Campoverde.Juan Chimarro.Sebastian

Sangolqu, 03 de octubre de 2013

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1.TEMA: DISEO E IMPLEMENTACIN DE UN CONTROL ON OFFDIGITAL Y ANALOGICO.

2.OBJETIVOS Disear e implementar un control analgico y digital correspondientemente de

temperatura ON-OFF en una planta que contenga como actuador un niquelina y como

sensor un LM35 y que cumpla con los siguientes requerimientos:

1. Al encender el sistema, la temperatura se incrementar desde la temperaturaambiente hasta alcanzar los 60C, cuando alcance dicha temperatura se encender

una seal auditiva, cuando la temperatura alcance los 65 C se encender un foco

de 100W de AC y continuar encendida la seal auditiva como seal de

temperatura alta, a su vez en el momento en que se encienda el foco de 100W se

apagar el actuador (cautn) hasta que la temperatura descienda hasta los 35C,cuando la temperatura este por debajo de los 35C se volver a encender el

actuador para que se repita el proceso, de manera recproca cuando la

temperatura este por debajo de los 60 C se apagar la seal auditiva y el foco de

100W.

2. En un inicio cuando la temperatura pase por 40C no suceder nada, pero luegode que empiece a descender desde los 65C al momento de volver a pasar por los

40 C un led indicador se encender, hasta que el ciclo se repita, cuando el ciclo se

repita en cambio el led se apagar, cuando vuelva a repetirse se encender y as

sucesivamente.

OBJETIVOS ESPECIFICOS: Aplicar los conocimientos adquiridos en la asignatura de control digital y las diferentes

asignaturas durante el tiempo de estancia en la universidad.

Comprobar las diferencias tanto fsicas, econmicas y de complejidad entre el controldigital y el control analgico.

Comprender los principios del control On-off mediante la implementacin de cada tipo decontrol.

Familiarizarse con el uso y funcionamiento del sensor de temperatura Lm35. Desarrollar habilidades y acumular experiencia por los diferentes inconvenientes que se

presentan en el transcurso de la implementacin de cada uno de los circuitos.

3.RESUMENEste proyecto tiene como propsito disear e implementar dos controladores on off detemperatura; el primero un control on-off digital y el segundo un control on-off analgico pormedio de 2 circuitos que cumplan con la solucin del problema planteado.Para el desarrollo del presente informe se dividir en dos partes de acuerdo a cada una de lassoluciones del problema planteado.Control on-off digital. Para este control se utilizo un sensor Lm35 que censa la temperaturadel cautn y enva esta seal en forma de voltaje a un Pic 16f877a teniendo como entrada de

esta seal el convertidor anlogo digital que ya viene implementado en este, esta seal yaconvertida a un valor digital fue tratada por medio del programa en lenguaje c y mostrada por

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medio de un LCD la temperatura que censa el Lm35. Se utilizo como salida el puerto C del Pic,cada una de estas salidas habilitaba la compuerta de los transistores 2N3904 y estos a su vezlos rels que prenden y apagan cada uno de los actuadores; sean estos un buffer que indicarauna temperatura de 60, un cautn que cumplir como suministro de calor al sensor, led deestado y un foco que se prende cuando la temperatura a alcanzado los 65.

La implementacin se sirvi tambin de herramientas para simular los circuitos en el softwarePROTEUS, la programacin de la realiza en el entorno del lenguaje C de MPLAB y un Mdulograbador de Micro controladores para quemar nuestro programa en el PIC.

4.MARCO TEORICO.CONTROLADORES DE TEMPERATURA

Controlador de temperatura

Como el nombre indica, un controlador de temperatura es un instrumento usado para

controlar la temperatura. El controlador de temperatura tiene una entrada procedente de unsensor de temperatura y tiene una salida que est conectada a un elemento de control tal

como un calentador y/o ventilador.

Funcionamiento de los controladores de temperatura

Para controlar con precisin la temperatura del proceso sin la participacin continua del

operador, un sistema de control de temperatura se basa en un controlador, el cual acepta un

sensor de temperatura tal como un termopar, RTD o como nuestro caso Un Lm35 como

entrada. Se compara la temperatura real a la temperatura de control deseada, o punto de

ajuste, y proporciona una salida a un elemento de control. El controlador solo es una parte del

sistema de control, y todo el sistema debe ser analizado para elegir un controlador adecuado.

Los siguientes puntos deben ser considerados al seleccionar un controlador:

1. Tipo de sensor de entrada (termopar, RTD) y rango de temperatura2. Tipo de salida requerida (rel electromecnico, SSR, salida analgica)3. Algoritmo de control necesario (encendido / apagado, proporcional, PID)4. Nmero y tipo de salidas (calor, fro, alarma, lmite)

Tipos de controladores y funcionamiento

Hay tres tipos bsicos de controles: ON/OFF, proporcional y PID. Dependiendo del sistema a

ser controlado, el operador ser capaz de utilizar uno u otro tipo para controlar el proceso.

Control On / Off

Un controlador ON/OFF es la forma ms simple para el control de temperatura. La salida del

dispositivo est encendida o apagada, sin un estado medio. Un controlador ON/OFF cambia la

salida slo cuando la temperatura atraviesa el punto de ajuste. Para el control del

calentamiento, la salida se activa cuando la temperatura est por debajo del punto de ajuste, yse apaga cuando est por encima del mismo. Cada vez que la temperatura cruza el punto de

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ajuste, el estado de la salida cambia, la temperatura del proceso oscila continuamente, entre

el punto de ajuste. En los casos en que este ciclo se produce rpidamente, y para evitar daos

a los contactores y vlvulas, se aade un diferencial de encendido y apagado, o "histresis", a

las operaciones del controlador. Este diferencial requiere que la temperatura exceda del punto

de ajuste por una cierta cantidad antes de que se active o desactive de nuevo. Un diferencial

ON/OFF impide que se produzcan cambios rpidos de conmutacin en la salida, si los ajustes

se producen rpidamente. El control ON/OFF se utiliza generalmente cuando un control

preciso no es necesario, en los sistemas que no pueden soportar cambios frecuentes de

encendido/apagado, donde la masa del sistema es tan grande que las temperaturas cambian

muy lentamente, o para una alarma de temperatura. Un tipo especial de control ON/OFF

utilizado para la alarma es un controlador de lmite. Este controlador utiliza un rel de

enclavamiento, que se debe restablecer manualmente, y se utiliza para cerrar un proceso

cuando una determinada temperatura es alcanzada.

Control proporcional

Los controles proporcionales estn diseados para eliminar el ciclo asociado del control on-off.

Un controlador proporcional disminuye la potencia media suministrada al calentador cuando

la temperatura se aproxima al punto de ajuste. Esto tiene el efecto de disminuir la energa del

calentador al aproximarse al punto de ajuste sin que lo sobrepase, mantenimiento una

temperatura estable. Esta accin de dosificacin se puede realizar girando el encendido y

apagado de salida para intervalos cortos de tiempo. Esta "proporcionalizacin de tiempo" vara

la relacin de tiempo "on" y tiempo "off" para controlar la temperatura. La accin

proporcional se produce dentro de una "banda proporcional" en torno a la temperatura de

consigna. Fuera de esta banda, el controlador se comporta como una unidad ON/OFF normal,con la salida, ya sea totalmente ON (por debajo de la banda) o totalmente OFF (por encima de

la banda). Sin embargo, dentro de la banda, la salida se enciende y se apaga en la relacin a la

diferencia de la medicin del punto de consigna. En el punto de referencia (que es el punto

medio de la banda), la salida en: relacin de apagado es de 1:1, es decir, el tiempo de

encendido y tiempo de apagado son iguales. Si la temperatura est lejos del punto de ajuste, el

cierre y el corte variarn en proporcin a la diferencia de temperatura. Si la temperatura est

por debajo del punto de ajuste, la salida estar ON mas tiempo, si la temperatura es

demasiado alta, la salida estar OFF predominantemente.

Control PID

El tercer tipo de controlador, PID, ofrece una combinacin del proporcional con controlintegral y derivativo. Este controlador combina control proporcional con dos ajustesadicionales, que ayuda a la unidad automticamente a compensar los cambios en el sistema.Estos ajustes, integral y derivativo, se expresan en unidades basadas en el tiempo, tambin seles nombra por sus recprocos, RATE y RESET, respectivamente. Los trminos proporcional,integral y derivativo se deben ajustar de manera individual mediante el mtodo prueba yerror. El controlador proporciona es el control ms preciso y estable de los tres tipos decontroladores, y se utiliza comnmente en sistemas que tienen una masa relativamente

pequea, que son aquellos que reaccionan rpidamente a cambios en la energa aadida alproceso. Se recomienda en sistemas en los que la carga cambia a menudo y no se espera que

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el controlador lo compense automticamente, debido a los frecuentes cambios en el punto dereferencia, la cantidad de energa disponible, o la masa a controlar. OMEGA ofrece un nmerode controladores que calculan y ajustan automticamente sus valores de PID para que coincidacon el proceso. Estos son conocidos como controladores autoajustables.

5.DIAGRAMA:

6.CODIGO:#include //libreria del pic 16f877a#device adc=10 //activacion conversor analogo-digital#use delay (clock=4000000) //reloj de 4MH#include //libreria del LCD#use fast_io(C) //puerto c declarado como entrada o salida

void main() //inicio de programa{

float Temp=0; //creacin y enceramiento de variables flotantesfloat Dato=0;int cont=0; //creacin y enceramiento de variables enterasint cont1=0;int cont2=0;int cont3=0;int y=0;

setup_adc_ports(AN0); //configuracion del conversor analogo-digital en elanalogo 0 del pic en el PIN_A0

setup_adc(adc_clock_internal); //configuracion del conversor analogo-digital en elanalogo 0 del pic en el PIN_A0

PIC 16F877A LCDSensor LM35

Cautn

LED

CAD

foco Buffer

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lcd_init(); //inicializacin de la lcdset_tris_C(0); //Declaracin del puerto C como salidasset_tris_B(255); //Declaracin del puerto B como entradasOutput_C(0); //encerrar los pines del puerto C (dando valor de 0)

lcd_gotoxy(4,1); printf(lcd_putc,"PROYECTO"); //imprime en la lcd en la columna 4Fila 1lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"CONTROL DIGITAL"); //imprime en la lcd en la columna

1 fila 2delay_ms(2000); //tiempo de espera de 2 segundoslcd_putc('\f'); //borrar la lcdprintf(lcd_putc,"\f"); //borrar la lcdoutput_high(pin_C0); //prende el pin del cautn PIN_C0while(1) //inicio del bucle repetitivo{

Dato=read_adc(); //almacena el valor de adc ledo por el sensor en la

Variable DatoTemp=Dato/2.048; //cambio a temperatura el valor del adclcd_gotoxy(3,1); printf(lcd_putc,"TEMPERATURA"); //imprime en la LCD en la columna

3 y fila 1lcd_gotoxy(6,2); printf(lcd_putc,"%f",Temp); //imprime la temperatura que lee el

Sensorif(Temp>=65) //condicin si la temperatura es mayor a 65{

cont=cont+1; //aumenta el contador si es la temperatura mayor a 65output_low(pin_C0); //apaga el pin del cautn el PIN_C0

}if(Temp>=60) output_high(pin_C2); //condicin si la temperatura es mayor a

60 prende el PIN_C2 (BUZZER)if(Temp>=65) output_high(pin_C1); //condicin si la temperatura es mayor a

65 prende el PIN_C1 (FOCO)if(input(PIN_b6)==1 && input(PIN_b7)==1) cont1=cont1+1; //si el pin del BUZZER y

FOCO estn prendidoscont1 aumenta

if(Temp=1) //si el contador cont es mayor a 1 entra a la condicin diciendo

Que ya a subido al menos 1 vez a 65 grados{

if(Temp=1 && Temp=39) //si el contador es mayor a 1 significa

que est bajando la temperatura de 65 grados

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{cont2=cont2+1; //aumenta el cont2 uno si al descender pasa

Entre 41 y 39delay_ms(2000); //tiempo de espera de 2 segundos

}

}}if(cont2==1 && input(PIN_b5)==0){

cont3=cont3+1; //aumenta el cont2 uno si al descender pasaEntre 41 y 39

}y=cont3%2;if(y==1) output_high(pin_C3); //si y=1 el contador es impar y pone en

Alto en pin del led PIN_C3if(y==0) output_low(pin_C3); //si y=0 el contador es par y pone en bajo

En pin del led PIN_C3delay_ms(1000); //tiempo de espera de 1s}

}

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7.CIRCUITO:

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8. Descripcin.MICROCONTROLADOR PIC16F877A:En este proyecto se utilizo el PIC 16F877a. Este microcontrolador es fabricado porMicroChip familia a la cual se le denomina PIC. El modelo 16F877A posee varias caractersticasque hacen a este microcontrolador un dispositivo muy verstil, eficiente y prctico para ser

empleado en esta aplicacin.

Algunas de estas caractersticas se muestran a continuacin: Soporta modo de comunicacin serial, posee dos pines para ello. Amplia memoria para datos y programa. Memoria reprogramable: Lamemoria en este PIC es la que se denomina FLASH; este

tipo de memoria se puede borrar electrnicamente (esto corresponde a la "F" en elmodelo).

Set de instrucciones reducidas (tipo RISC), pero con las instrucciones necesarias parafacilitar su manejo.

Descripcin de los puertos:

Puerto A: Puerto de e/s de 6 pines RA0 RA0 y AN0 RA1 RA1 y AN1 RA2 RA2, AN2 y Vref- RA3 RA3, AN3 y Vref+ RA4 RA4 (Salida en colector abierto) y T0CKI(Entrada de reloj del modulo Timer0) RA5 RA5, AN4 y SS (Seleccin esclavo para el puerto serie sncrono)

Puerto B: Puerto e/s 8 pines Resistencias pull-up programables RB0 Interrupcin externa RB4-7 interrupcin por cambio de flanco RB5-RB7 y RB3 programacin y debugger in circuit

Puerto C: Puerto e/s de 8 pines RC0 RC0, T1OSO (Timer1 salida oscilador) y T1CKI (Entrada de reloj del modulo

Timer1). RC1-RC2 PWM/COMP/CAPT RC1 T1OSI (entrada osc timer1) RC3-4 IIC RC3-5 SPI RC6-7 USARTPuerto D: Puerto e/s de 8 pines Bus de datos en PPS (Puerto paralelo esclavo) Puerto E: Puerto de e/s de 3 pines RE0 RE0 y AN5 y Read de PPS RE1 RE1 y AN6 y Write de PPS RE2 RE2 y AN7 y CS de PPS

Dispositivos perifricos: Timer0: Temporizador-contador de 8 bits con preescaler de 8 bits

Timer1: Temporizador-contador de 16 bits con preescaler que puede incrementarse enmodo sleep de forma externa por un cristal/clock.

http://www.monografias.com/trabajos12/pmbok/pmbok.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/fami/fami.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/memorias/memorias.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/memorias/memorias.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/memorias/memorias.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/mafla/mafla.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/selpe/selpe.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/losperif/losperif.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/losperif/losperif.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/selpe/selpe.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/mafla/mafla.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/memorias/memorias.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/fami/fami.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/pmbok/pmbok.shtml

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Podemos conectarlo a un conversor Analgico/Digital y tratar la medida digitalmente,almacenarla o procesarla con un Controlador o similar.

Usos: El sensor de temperatura puede usarse para compensar un dispositivo demedida sensible a la temperatura ambiente, refrigerar partes delicadas del robot o

bien para loggear temperaturas en el transcurso de un trayecto de exploracin.

CONEXIN DE SENSORES ANALGICOS AL PIC 16F877Dentro del PIC 16F877A se pueden encontrar varias lneas de entrada y salida, estas lneas sonlos pines del microcontrolador que sirven para comunicarse con los perifricos conectados alsistema.Pueden enviar o recibir datos digitales o anlogos al o desde el perifrico. Manejan lainformacin en paralelo y se agrupan en conjuntos que reciben el nombre de puertos oprticos. Los pines de los puertos pueden configurarse independientemente cada una de elloscomo entrada o salida.Cada lnea de los prticos debe especificarse si ser usada como entrada o como salida.

El registro TRISA sirve para indicar si las lneas son entradas o salidas, pero tambin se debeconfigurar al pic para que sus entradas reciban datos anlogos o digitales. Estos pinesreceptores de seales anlogas se encuentran en el puerto A, descritos a continuacin.

Fig. Ejemplo de conexin de los sensores

Por ende el sensor LM35, al enviar seales anlogas deber ser conectado al puerto A, en lospines disponibles descritos anteriormente con la configuracin previa de este puerto.

CIRCUTO:El circuito se utilizo como entrada anloga para el sensor de temperatura el pin RA0 del PIC.

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Transistor 2N3904El transistor 2N3904 es uno de los ms comunes transistores NPN generalmente usadopara amplificacin. Este tipo de transistor fue patentado por Motorola Semiconductor en losaos 60, junto con el Transistor PNP 2N3906, y represent un gran incremento de eficiencia,con un encapsulado TO-92 en vez del antiguo encapsulado metlico. Est diseado parafuncionar a bajas intensidades, bajas potencias, tensiones medias, y puede operar avelocidades razonablemente altas. Se trata de un transistor de bajo costo, muy comn, ysuficientemente robusto como para ser usado en experimentos electrnicos.1

Es un transistor de 200 miliamperios, 40 voltios, 625 milivatios, con una Frecuencia detransicin de 300 MHz, con una beta de 100. Es usado primordialmente para la amplificacin

analgica.Configuracin.

Para la activacin de cada actuador y como interfaz entre el microcontrolador y el circuito depotencia se utilizo tres transistores 2N3904. Conectados a los rels los cuales son losencargados de prender a apagar el buffer , foco y cautn.

http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_NPNhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_NPNhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_NPNhttp://es.wikipedia.org/wiki/Amplificadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Motorolahttp://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_PNPhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=2N3906&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/TO-92http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/2N3904#cite_note-silver2008-1http://es.wikipedia.org/wiki/2N3904#cite_note-silver2008-1http://es.wikipedia.org/wiki/2N3904#cite_note-silver2008-1http://es.wikipedia.org/wiki/Amperiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltioshttp://es.wikipedia.org/wiki/Vatiohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=GBWP&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=GBWP&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/MHzhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_NPNhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_NPNhttp://es.wikipedia.org/wiki/MHzhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=GBWP&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=GBWP&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Vatiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltioshttp://es.wikipedia.org/wiki/Amperiohttp://es.wikipedia.org/wiki/2N3904#cite_note-silver2008-1http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/TO-92http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=2N3906&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_PNPhttp://es.wikipedia.org/wiki/Motorolahttp://es.wikipedia.org/wiki/Amplificadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_NPN

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9.CALCULOSPara el acondicionamiento de la seal del sensor Lm35 se realiz el siguiente clculo.DATOS.Se sabe que el convertidor anlogo digital del pic es de 10 bits entonces:

1

Tambin se sabe que el Lm35 nos da:

2

Entonces tenemos que:

Si llamamos T a la temperatura medida por el sensor en cualquier momento, V alvoltaje que nos da el sensor en cualquier momento y DATO al valor digital detemperatura utilizado en el programa.

3

y

4

Remplazando 3 en 4 tenemos:

Frmula utilizada para convertir el valor que da el CAD del Pic para

determinada temperatura que llega al sensor a temperatura dedentro del programa.

10.CONCLUSIONES: Se pudo constatar que los problemas en la implementacin del control on-off digital se

pueden solucionar en su gran mayora solamente con modificar el programa ms no el

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circuito, significando esta caracterstica y ahorro de tiempo y recursos tanto en laimplementacin como en posteriores modificaciones.

Constatamos que para un control de un sistema por medio de una controlador digitalno es necesario armar varios circuitos para cumplir con diferentes requerimientos delsistema sino mas bien este trabajo es totalmente realizado por el microcontrolador de

manera rpida y eficiente sin aumentar elementos a este, esto se logro simplementeadquiriendo informacin del estado de las salidas e ingresndolas como datos en laprogramacin.

Se pudo observar que no hay lmite de la complejidad de un circuito a controlar por unmicroprocesador, siendo su nico limitante la memoria disponible y el numero de E/Sa utilizar.

11.BIBLIOGRAFIA:http://www.neoteo.com/tutorial-fuente-de-alimentacion-de-5v.neo

http://es.wikipedia.org/wiki/Pantalla_de_cristal_l%C3%ADquidohttp://digital.ni.com/public.nsf/allkb/039001258CEF8FB686256E0F005888D1http://www.monografias.com/trabajos18/descripcion-pic/descripcion-pic.shtml#ixzz2gdCdrSXc

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