PROYECTO GREEN ENERGY
miércoles, 7 de junio de 2017
UNIDAD 1 Sensores
SENSORES
Los sensores son un componente crucial a cualquier máquina que se denomine un robot. Los sensores entregan información sobre el robot y el ambiente en el cual está interactuando, al computador (cerebro) del robot. El programa computacional del robot
Decide que hacer basándose en esa información y en sus propias instrucciones de tareas de alto nivel.
Los sensores son elementos físicos que pertenecen a un tipo de dispositivo llamado transductor; los sensores son un tipo concreto de transductores que se caracterizan porque son usados para medir la variable transformada. La magnitud física que suele ser empleada por los sensores como resultado suele ser la tensión eléctrica, debido a la facilidad del trabajo con ella.
A los sensores, se les debe exigir la siguiente serie de características:
Exactitud. Se debe poder detectar el valor verdadero de la variable sin errores sistemáticos. La media de los errores cometidos debe tender a cero.
• Precisión. Una medida será más precisa que otra si los posibles errores aleatorios en la medición son menores.
Rango de funcionamiento.
El sensor debe tener un amplio rango de funcionamiento, es decir, debe ser capaz de medir de manera exacta y precisa un amplio abanico de valores de la magnitud correspondiente.
Velocidad de respuesta.
El sensor debe responder a los cambios de la variable a medir en un tiempo mínimo. Lo ideal sería que la respuesta fuera instantánea.
• Calibración. Es el proceso mediante el que se establece la relación entre la variable medida y la señal de salida que produce el sensor. Debe poder realizarse de manera sencilla y además el sensor no debe precisar una re calibración frecuente.
• Fiabilidad. El sensor debe ser fiable, es decir, no debe estar sujeto a fallos inesperados durante su funcionamiento.
Coste. Para comprar, instalar y manejar el sensor debe ser lo más bajo posible.
• Facilidad de funcionamiento. Por último, sería ideal que la instalación y uso del sensor no necesitara de un aprendizaje excesivo.
En este tipo de sensores las señales que se transmiten y detectan son luminosas.
SENSORES
Los sensores son un componente crucial a cualquier máquina que se denomine un robot. Los sensores entregan información sobre el robot y el ambiente en el cual está interactuando, al computador (cerebro) del robot. El programa computacional del robot
Decide que hacer basándose en esa información y en sus propias instrucciones de tareas de alto nivel.
Los sensores son elementos físicos que pertenecen a un tipo de dispositivo llamado transductor; los sensores son un tipo concreto de transductores que se caracterizan porque son usados para medir la variable transformada. La magnitud física que suele ser empleada por los sensores como resultado suele ser la tensión eléctrica, debido a la facilidad del trabajo con ella.
A los sensores, se les debe exigir la siguiente serie de características:
Exactitud. Se debe poder detectar el valor verdadero de la variable sin errores sistemáticos. La media de los errores cometidos debe tender a cero.
• Precisión. Una medida será más precisa que otra si los posibles errores aleatorios en la medición son menores.
Rango de funcionamiento.
El sensor debe tener un amplio rango de funcionamiento, es decir, debe ser capaz de medir de manera exacta y precisa un amplio abanico de valores de la magnitud correspondiente.
Velocidad de respuesta.
El sensor debe responder a los cambios de la variable a medir en un tiempo mínimo. Lo ideal sería que la respuesta fuera instantánea.
• Calibración. Es el proceso mediante el que se establece la relación entre la variable medida y la señal de salida que produce el sensor. Debe poder realizarse de manera sencilla y además el sensor no debe precisar una re calibración frecuente.
• Fiabilidad. El sensor debe ser fiable, es decir, no debe estar sujeto a fallos inesperados durante su funcionamiento.
Coste. Para comprar, instalar y manejar el sensor debe ser lo más bajo posible.
• Facilidad de funcionamiento. Por último, sería ideal que la instalación y uso del sensor no necesitara de un aprendizaje excesivo.
En este tipo de sensores las señales que se transmiten y detectan son luminosas.
1.1 Ópticos
1.1 Sensores Ópticos
El término sensor se refiere a un elemento que produce en su salida una señal, relacionada con la cantidad que se está midiendo, independientemente del tipo de variable de que se trate.
SENSORES
Los sensores son un componente crucial a cualquier máquina que se denomine un robot. Los sensores entregan información sobre el robot y el ambiente en el cual está interactuando, al computador (cerebro) del robot. El programa computacional del robot
Decide que hacer basándose en esa información y en sus propias instrucciones de tareas de alto nivel.
Los sensores son elementos físicos que pertenecen a un tipo de dispositivo llamado transductor; los sensores son un tipo concreto de transductores que se caracterizan porque son usados para medir la variable transformada. La magnitud física que suele ser empleada por los sensores como resultado suele ser la tensión eléctrica, debido a la facilidad del trabajo con ella.
A los sensores, se les debe exigir la siguiente serie de características:
Exactitud. Se debe poder detectar el valor verdadero de la variable sin errores sistemáticos. La media de los errores cometidos debe tender a cero.
• Precisión. Una medida será más precisa que otra si los posibles errores aleatorios en la medición son menores.
Rango de funcionamiento.
El sensor debe tener un amplio rango de funcionamiento, es decir, debe ser capaz de medir de manera exacta y precisa un amplio abanico de valores de la magnitud correspondiente.
Velocidad de respuesta.
El sensor debe responder a los cambios de la variable a medir en un tiempo mínimo. Lo ideal sería que la respuesta fuera instantánea.
• Calibración. Es el proceso mediante el que se establece la relación entre la variable medida y la señal de salida que produce el sensor. Debe poder realizarse de manera sencilla y además el sensor no debe precisar una re calibración frecuente.
• Fiabilidad. El sensor debe ser fiable, es decir, no debe estar sujeto a fallos inesperados durante su funcionamiento.
Coste. Para comprar, instalar y manejar el sensor debe ser lo más bajo posible.
• Facilidad de funcionamiento. Por último, sería ideal que la instalación y uso del sensor no necesitara de un aprendizaje excesivo.
En este tipo de sensores las señales que se transmiten y detectan son luminosas.
1.1.1 Tipos
Sensor Un sensor es un dispositivo que detecta, o censa manifestaciones de cualidades o fenómenos físicos, como la energía, velocidad, aceleración, tamaño, cantidad, etc.
Muchos de los sensores son eléctricos o electrónicos, aunque existen otros tipos. Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicación directa (e.g. un termómetro de mercurio) o pueden estar
Conectados a un indicador (posiblemente a través de un convertidor analógico a digital, un computador y un display) de modo que los valores censados puedan ser leídos por un humano.
A continuación se indican algunos tipos y ejemplos de sensores electrónicos:
• Sensores de temperatura: Termopar, Termistor
• Sensores de deformación: Galga extensiométrica
• Sensores de acidez: IsFET
• Sensores de luz: fotodiodo, fotorresistencia, fototransistor
• Sensores de sonido: micrófono
• Sensores de contacto: final de carrera
• Sensores de imagen digital (fotografía): CCD o CMOS
• Sensores de proximidad: sensor_de_proximidad
Por lo general la señal de salida de estos sensores no es apta para su procesamiento, por lo que se usa un circuito de acondicionamiento, como por ejemplo un puente de Wheatstone, y amplificadores que adaptan la señal a los niveles apropiados para el resto de la circuitería.
1.1.2 Funcionamiento
El emisor y el receptor suelen ser
elementos separados. El primero suele ser un diodo emisor de luz (LED), por general rojo que ilumina una pequeña área al frente del receptor, y el receptor un fotodiodo.
El sensor de luz mide la cantidad de luz que recibe. Le entrega al RCX un número que varía entre 0 (oscuridad total) y 100 (muy brillante). Este sensor es muy útil; puede ser usado como un simple detector para ver si las luces han sido encendidas o no, o puede ser usado para que el robot siga una línea negra en una superficie blanca (o viceversa).
El sensor de luz puede determinar si esta viendo un trozo de papel blanco o negro. Cuando el sensor de luz está sobre papel blanco, lee un valor de 50. Cuando está sobre el papel Negro, mide un valor de 33 (valores aproximados).
El sensor de luz detecta luz en ángulo muy amplio. Para disminuir el campo de visión se puede colocar una barra de 1×2 con un agujero frente al sensor. De ese modo el sensor solo detectará la luz directamente al frente de él.
1.1.3 Características
CARACTERÍSTICAS
Cilíndricos
Construcción: Carcaza
de Acero Inoxidable.
Superficie Optica: Plástico.
Alimentación: 10–30 VCC y 24 VCC para la serie GLV 30?.
Salidas: PNP, NA, NC.
Aptos Intemperie IP 67 excepto la serie KT 10? con IP 65.
Características:
Tensión de trabajo: 10 VDC … 30 VDC
Corriente en vacío: 20 mA.
Indicador de estado de conmutación y de encendido
Conmutación claro/oscuro
Tipo de protección IP 67?
E0: 3 hilos, CC, npn, NA
E2: 3 hilos, CC, pnp, NA
E4: 3 hilos, CC, npn, NA/NC
E5: 2 hilos, CC, pnp, NA/NC
Rectangulares: Series 28, 32 y 39
Superficie óptica: Vidrio o Plástico.
Alimentación: 10–30 VCC, 20–240 VCA.
Salidas: PNP, NA, NC.
Aptos Intemperie IP 67.
Versiones con luz roja visible, luz infrarroja y laser.
Serie 28
Características:
Tensión de trabajo: 10 VDC … 30 VDC
Corriente en vacío: 40 mA
Dimensiones: 25,8 x 88 x 65,5 mm
Modo de conexión: Conector M12
Indicación de encendido, estado de conmutación y preavería
Funciones del tiempo: GAN, GAB, IAB programables
Tipo de conmutación: conmutador claro/oscuro
Tipo de protección: IP 67
Serie 32
Características:
Tensión de trabajo: 10 VDC … 30 VDC
Corriente en vacío: 40 mA
Dimensiones: 22 x 72,2 x 45,6 mm
Modo de conexión: Conector M12
Indicación de estado de conmutación y preavería
Tipo de conmutación: Conmutación oscuro
Tipo de protección: IP 65?
Serie 39
Excelentes condiciones ópticas
Indicación y salida de preavería
3 funciones del tiempo programables
Certificado AS-interfase
Características:
Tensión de trabajo: 10 VDC … 30 VDC - 24 AC/DC … 240 AC/DC
Corriente en vacío: 55 mA / 3 VA
Dimensiones: 25 x 64 x 75 mm
Modo de conexión: Caja de bornas
Indicación de estado de conmutación y preavería
Funciones del tiempo: GAN, GAB, IAB
Tipo de conmutación: conmutador claro/oscuro
1.1.4 Modo de comunicación.
Cilíndricos
Modo Alcance Salida Esquema Conexión Referencia
Diámetro: M12
Reflex 2000 mm NPN E4 Cable OBS 2000–12GM55-E4
NPN Conector V1 OBS 2000–12GM55-E4-V1
PNP E5 Cable OBS 2000–12GM55-E5
PNP Conector V1 OBS 2000–12GM55-E5-V1
Barrera 5000 mm NPN E4 Cable OBE 5000–12GM55-SE4
NPN Conector V1 OBE 5000–12GM55-SE4-V1
PNP E5 Cable OBE 5000–12GM55-SE5
PNP Conector V1 OBE 5000–12GM55-SE5-V1
Directa 200 mm NPN E4 Cable OBT 200–12GM55-E4
NPN Conector V1 OBT 200–12GM55-E4-V1
PNP E5 Cable OBT 200–12GM55-E5
PNP Conector V1 OBT 200–12GM55-E5-V1
Diámetro: M18
Reflex 3000 mm NPN E4 Cable OBS 3000–18GM70-E4
NPN Conector V1 OBS 3000–18GM70-E4-V1
PNP E5 Cable OBS 3000–18GM70-E5
PNP Conector V1 OBS 3000–18GM70-E5-V1
Barrera 5000 mm NPN E4 Cable OBE 5000–18GM70-SE4
NPN Conector V1 OBE 5000–18GM70-SE4-V1
PNP E5 Cable OBE 5000–18GM70-SE5
PNP Conector V1 OBE 5000–18GM70-SE5-V1
Directa 200 mm NPN E0 Cable OBT 200–18GM70-E0
NPN Conector V1 OBT 200–18GM70-E0-V1
PNP E2 Cable OBT 200–18GM70-E2
PNP Conector V1 OBT 200–18GM70-E2-V1
NPN E4 Cable OBT 200–18GM70-E4
NPN Conector V1 OBT 200–18GM70-E4-V1
PNP E5 Cable OBT 200–18GM70-E5
PNP Conector V1 OBT 200–18GM70-E5-V1
Directa 200 mm PNP E5 Cable OBT 500–18GM70-E5
PNP Conector V1 OBT 500–18GM70-E5-V1
Serie 32
Modo Alcance Salida Función Luz Referencia
Réflex filtro polarización 4000 mm 2 PNP NA/NC Roja RL 32–54/47/73C
10000 mm 2 PNP NA/NC Roja RL 32–55/47/73C
Detección directa 800 mm 2 PNP NA/NC Infrarroja RL 32–8-H-800/47/73C
400 mm 2 PNP NA/NC Infrarroja RL 32–8-H-400–2482/47/73C
Serie 39
Modo Alcance Salida Función Luz Referencia
Réflex filtro polarización 5000 mm Relé NA/NC Roja RLK 39–54/31/40a/116
Relé temp. NA/NC Roja RLK 39–54-Z/31/40a/116
PNP NA/NC Roja RL 39–54/32/40a/82a/116
NPN NA/NC Roja RL 39–54/30/40a/116/126a
12000 mm Relé NA/NC Roja RLK 39–55/31/35/40Aa/116
Relé temp. NA/NC Roja RLK 39–55-Z/31/35/40a/166
Detección directa con supresión de fondo 800 mm Relé NA/NC Infrarroja RLK 39–8−800/31/40a/116
Relé temp. NA/NC Infrarroja RLK 39–8−800-Z/31/40a/116
PNP NA/NC Infrarroja RL 39–8−800/32/40a/82a/116
NPN NA/NC Infrarroja RL 39–8−800/30/40a/82a/116
Barrera 20000 mm Relé NA/NC Infrarroja LA 39/LK 39/31/40a/116
Relé temp. NA/NC Infrarroja LA 39/LK 39-Z/31/40a/116
PNP NA/NC Infrarroja LD 39/LV 39/32/40a/82a/116
NPN NA/NC Infrarroja LD 39/LV 39/30/40a/82a/116
Rectangulares: Serie Vari Kont L2
Modo Alcance Salida Función Luz Referencia
Réflex 6000 mm NPN NA/NC Roja OBS 6000-L2-E4-V1
PNP NA/NC Roja OBS 6000-L2-E5-V1
Detección directa 400 mm NPN NA/NC Roja OBS 400-L2-E4-V1
PNP NA/NC Roja OBS 400-L2-E5-V1
Rectangulares: Series F10, F22 y F28
Modo Alcance Salida Función Luz Referencia
Réflex 6000 MM NPN NA/NC Roja OBS 6000-F10-E4-V1
PNP NA/NC Roja OBS 6000-F10-E5-V1
Detección directa 400 mm NPN NA/NC Roja OBT 400-F10-E4-V1
PNP NA/NC Roja OBT 400-F10-E5-V1
Serie - F10
Modo Alcance Salida Función Luz Referencia
Réflex 6000 MM NPN NA/NC Roja OBS 6000-F10-E4-V1
PNP NA/NC Roja OBS 6000-F10-E5-V1
Detección directa 400 mm NPN NA/NC Roja OBT 400-F10-E4-V1
PNP NA/NC Roja OBT 400-F10-E5-V1
Serie - F22
Modo Alcance Salida Función Luz Referencia
Réflex 6000 mm NPN Antivalente Roja OCS 6000-F22-A0-V15
PNP Antivalente Roja OCS 6000-F22-A1-V15
Detección directa 500 mm NPN Antivalente Infrarroja OCT 500-F22-A0-V15
PNP Antivalente Infrarroja OCT 500-F22-A2-V15
Barrera 15000 mm NPN Antivalente Roja OCE 15M-F22-SA0-V15
PNP Antivalente Roja OCE 15M-F22-SA2-V15
Serie - F28
Modo Alcance Salida Función Luz Referencia
Réflex 2000 mm PNP NA/NC Infrarroja OBS 2000-F28-E5
Detección directa 400 mm PNP NA/NC Infrarroja OBT 400-F28-E5
Barrera 5000 mm PNP NA/NC Infrarroja OBE 5000-F28-SE5
1.1.4 Modo de Comunicacion Sensores
Cilíndricos
Modo Alcance Salida Esquema Conexión Referencia Diámetro: M12 Reflex 2000 mm NPN E4 Cable OBS 2000–12GM55-E4
NPN Conector V1 OBS 2000–12GM55-E4-V1
PNP E5 Cable OBS 2000–12GM55-E5
PNP Conector V1 OBS 2000–12GM55-E5-V1
Barrera 5000 mm NPN E4 Cable OBE 5000–12GM55-SE4
NPN Conector V1 OBE 5000–12GM55-SE4-V1
PNP E5 Cable OBE 5000–12GM55-SE5
PNP Conector V1 OBE 5000–12GM55-SE5-V1
Directa
200 mm NPN E4 Cable OBT 200–12GM55-E4
NPN Conector V1 OBT 200–12GM55-E4-V1
PNP E5 Cable OBT 200–12GM55-E5
PNP Conector V1 OBT 200–12GM55-E5-V1
Diámetro: M18 Reflex 3000 mm NPN E4 Cable OBS 3000–18GM70-E4
NPN Conector V1 OBS 3000–18GM70-E4-V1
PNP E5 Cable OBS 3000–18GM70-E5
PNP Conector V1 OBS 3000–18GM70-E5-V1
Barrera 5000 mm NPN E4 Cable OBE 5000–18GM70-SE4
NPN Conector V1 OBE 5000–18GM70-SE4-V1
PNP E5 Cable OBE 5000–18GM70-SE5
PNP Conector V1 OBE 5000–18GM70-SE5-V1
Directa 200 mm NPN E0 Cable OBT 200–18GM70-E0
NPN Conector V1 OBT 200–18GM70-E0-V1
PNP E2 Cable OBT 200–18GM70-E2
PNP Conector V1 OBT 200–18GM70-E2-V1
NPN E4 Cable OBT 200–18GM70-E4
NPN Conector V1 OBT 200–18GM70-E4-V1
PNP E5 Cable OBT 200–18GM70-E5
PNP Conector V1 OBT 200–18GM70-E5-V1
Directa 200 mm PNP E5 Cable OBT 500–18GM70-E5
PNP Conector V1 OBT 500–18GM70-E5-V1
Serie 32
Modo Alcance Salida Función Luz Referencia Réflex filtro polarización 4000 mm 2 PNP NA/NC Roja RL 32–54/47/73C
10000 mm 2 PNP NA/NC Roja RL 32–55/47/73C
Detección directa 800 mm 2 PNP NA/NC Infrarroja RL 32–8-H-800/47/73C
400 mm 2 PNP NA/NC Infrarroja RL 32–8-H-400–2482/47/73C
Serie 39
Modo Alcance Salida Función Luz Referencia Réflex filtro polarización 5000 mm Relé NA/NC Roja RLK 39–54/31/40a/116
Relé temp. NA/NC Roja RLK 39–54-Z/31/40a/116
PNP NA/NC Roja RL 39–54/32/40a/82a/116
NPN NA/NC Roja RL 39–54/30/40a/116/126a
12000 mm Relé NA/NC Roja RLK 39–55/31/35/40Aa/116
Relé temp. NA/NC Roja RLK 39–55-Z/31/35/40a/166
Detección directa con supresión de fondo 800 mm Relé NA/NC Infrarroja RLK 39–8−800/31/40a/116
Relé temp. NA/NC Infrarroja RLK 39–8−800-Z/31/40a/116
PNP NA/NC Infrarroja RL 39–8−800/32/40a/82a/116
NPN NA/NC Infrarroja RL 39–8−800/30/40a/82a/116
Barrera 20000 mm Relé NA/NC Infrarroja LA 39/LK 39/31/40a/116
Relé temp. NA/NC Infrarroja LA 39/LK 39-Z/31/40a/116
PNP NA/NC Infrarroja LD 39/LV 39/32/40a/82a/116
NPN NA/NC Infrarroja LD 39/LV 39/30/40a/82a/116
Rectangulares: Serie Vari Kont L2 Modo Alcance Salida Función Luz Referencia Réflex 6000 mm NPN NA/NC Roja OBS 6000-L2-E4-V1
PNP NA/NC Roja OBS 6000-L2-E5-V1
Detección directa 400 mm NPN NA/NC Roja OBS 400-L2-E4-V1
PNP NA/NC Roja OBS 400-L2-E5-V1
Rectangulares: Series F10, F22 y F28 Modo Alcance Salida Función Luz Referencia Réflex 6000 MM NPN NA/NC Roja OBS 6000-F10-E4-V1
PNP NA/NC Roja OBS 6000-F10-E5-V1
Detección directa 400 mm NPN NA/NC Roja OBT 400-F10-E4-V1
PNP NA/NC Roja OBT 400-F10-E5-V1
Serie - F10 Modo Alcance Salida Función Luz Referencia Réflex 6000 MM NPN NA/NC Roja OBS 6000-F10-E4-V1
PNP NA/NC Roja OBS 6000-F10-E5-V1
Detección directa 400 mm NPN NA/NC Roja OBT 400-F10-E4-V1
PNP NA/NC Roja OBT 400-F10-E5-V1
Serie - F22 Modo Alcance Salida Función Luz Referencia Réflex 6000 mm NPN Antivalente Roja OCS 6000-F22-A0-V15
PNP Antivalente Roja OCS 6000-F22-A1-V15
Detección directa 500 mm NPN Antivalente Infrarroja OCT 500-F22-A0-V15
PNP Antivalente Infrarroja OCT 500-F22-A2-V15
Barrera 15000 mm NPN Antivalente Roja OCE 15M-F22-SA0-V15
PNP Antivalente Roja OCE 15M-F22-SA2-V15
Serie - F28 Modo Alcance Salida Función Luz Referencia Réflex 2000 mm PNP NA/NC Infrarroja OBS 2000-F28-E5
Detección directa 400 mm PNP NA/NC Infrarroja OBT 400-F28-E5 Barrera 5000 mm PNP NA/NC Infrarroja OBE 5000-F28-SE5
1.2 Temperatura.
Los sensores de temperatura son dispositivos que transforman los cambios de temperatura en cambios en señales eléctricas que son procesados por equipo eléctrico o electrónico. Hay tres tipos de sensores de temperatura, los termistores, los RTD y los termopares. El sensor de temperatura, típicamente suele estar formado por el elemento sensor, de cualquiera de los tipos anteriores, la vaina que lo envuelve y que está rellena de un material muy conductor de la temperatura, para que los cambios se transmitan rápidamente al elemento sensor y del cable al que se conectarán el equipo electrónico.
1.2.1 Tipos
1.2.2 Funcionamiento
La temperatura es una medida del promedio de energía cinética de las partículas en una unidad de masa, expresada en unidades de grados en una escala estándar. Puede medir temperatura de diferentes maneras que varían de acuerdo
al costo del equipo y la precisión. Los tipos de sensores más comunes son los temporales, RTDs y transmisores.
al costo del equipo y la precisión. Los tipos de sensores más comunes son los temporales, RTDs y transmisores.
1.2.3 Características
Alto grado de protección contra la humedad;
Medición de temperaturas entre – 50 ºC y 800 ºC;
Punta de medición fija o intercambiable;
Elemento de resistencia Pt 100 / Pt 1000, NTC / PTC y termopares;
Disponible con transmisor incorporado;
Disponible con homologaciones marinas.
Medición de temperaturas entre – 50 ºC y 800 ºC;
Punta de medición fija o intercambiable;
Elemento de resistencia Pt 100 / Pt 1000, NTC / PTC y termopares;
Disponible con transmisor incorporado;
Disponible con homologaciones marinas.
1.2.4 Modo de comunicación.
1.3 Presión.
En la técnica de procesos, por ejemplo, entre un 30 y un 40 % de todas las mediciones son mediciones de presiones. La presión que se acumula hasta que empiece el flujo y la presión de retención son magnitudes importantes en la neumática. Las unidades de mantenimiento utilizadas en sistemas neumáticos tienen que estar equipadas con un manómetro y una unidad de ajuste de la presión.
Para medir la presión se utilizan sensores que están dotados de un elemento sensible a la presión y que emiten una señal eléctrica al variar la presión o que provocan operaciones de conmutación si esta supera un determinado valor límite. Es importante tener en cuenta la presión que se mide, ya que pueden distinguirse los siguientes tipos:• Presión absoluta• Presión diferencial• Sobrepresión.
Para medir la presión se utilizan sensores que están dotados de un elemento sensible a la presión y que emiten una señal eléctrica al variar la presión o que provocan operaciones de conmutación si esta supera un determinado valor límite. Es importante tener en cuenta la presión que se mide, ya que pueden distinguirse los siguientes tipos:• Presión absoluta• Presión diferencial• Sobrepresión.
1.3.1 Tipos
SENSOR DE PRESION MECANICO
SENSOR DE PRESIÓN NEUMATICO
SENSOR DE PRESION ELECTROMECANICO: RESISTIVOS
SENSOR DE PRESION ELECTROMECANICO: INDUCCIÓN VARIABLEY MAG. RELUCTANCIA VARIABLE.
SENSOR DE PRESION ELECTROMECANICO: MAGNETICOCAPACITIVO
SENSOR DE PRESION ELECTROMECANICO:
GALGAEXTENSIOMÉTRICA.
SENSOR DE PRESION ELECTRONICO
SENSOR DE PRESION ELECTONICO: TRANSDUCTOR PIRANI
SENSOR DE PRESION ELECTRONICO: TERMICO BIMETALICO
SENSOR DE PRESION ELECTRONICO: TERMOPAR
SENSOR DE PRESIÓN NEUMATICO
SENSOR DE PRESION ELECTROMECANICO: RESISTIVOS
SENSOR DE PRESION ELECTROMECANICO: INDUCCIÓN VARIABLEY MAG. RELUCTANCIA VARIABLE.
SENSOR DE PRESION ELECTROMECANICO: MAGNETICOCAPACITIVO
SENSOR DE PRESION ELECTROMECANICO:
GALGAEXTENSIOMÉTRICA.
SENSOR DE PRESION ELECTRONICO
SENSOR DE PRESION ELECTONICO: TRANSDUCTOR PIRANI
SENSOR DE PRESION ELECTRONICO: TERMICO BIMETALICO
SENSOR DE PRESION ELECTRONICO: TERMOPAR
1.3.2 Funcionamiento
Para medir la presión se utilizan sensores que están dotados de un elemento sensible a la presión y que emiten una señal eléctrica al variar la presión o que provocan operaciones de conmutación si esta supera un determinado valor límite.
Control de sujeción, Succión de elementos, succión de tornillos en atornilladores automáticos, apretado de tuercas automáticas, control de fuerza en pinzas prensoras, confirmación de presión a la soldadura.
Los sensores piezorresistivos de la presión del silicio de la detección y del control de Honeywell contienen los elementos de detección que consisten en cuatro piezoresistores enterrados frente a un diafragma fino, químico-grabado al agua fuerte del silicio. Un cambio de la presión hace el diafragma doblar, induciendo una tensión en el diafragma y los resistores enterrados. Los valores del resistor cambian en proporción con la tensión aplicada y producen una salida eléctrica.
Control de sujeción, Succión de elementos, succión de tornillos en atornilladores automáticos, apretado de tuercas automáticas, control de fuerza en pinzas prensoras, confirmación de presión a la soldadura.
Los sensores piezorresistivos de la presión del silicio de la detección y del control de Honeywell contienen los elementos de detección que consisten en cuatro piezoresistores enterrados frente a un diafragma fino, químico-grabado al agua fuerte del silicio. Un cambio de la presión hace el diafragma doblar, induciendo una tensión en el diafragma y los resistores enterrados. Los valores del resistor cambian en proporción con la tensión aplicada y producen una salida eléctrica.
1.3.3 Características
Estos sensores son pequeños, bajos costo y confiables. Ofrecen la capacidad de repetición excelente, la alta exactitud y la confiabilidad bajo variación de
condiciones ambientales. Además, ofrecen características de funcionamiento alto constantes a partir de un sensor al siguiente, y de la capacidad de intercambio sin la recalibración. Mejor usado para: Dispositivos médicos y de la HVAC, equipo del almacenaje de datos y de la cromatografía de gas, controles de proceso, maquinaria industrial, bombas y robótica.
condiciones ambientales. Además, ofrecen características de funcionamiento alto constantes a partir de un sensor al siguiente, y de la capacidad de intercambio sin la recalibración. Mejor usado para: Dispositivos médicos y de la HVAC, equipo del almacenaje de datos y de la cromatografía de gas, controles de proceso, maquinaria industrial, bombas y robótica.
1.4 Proximidad.
Un sensor de proximidad es un transductor que detecta objetos o señales que se encuentran cerca del elemento sensor. Existen varios tipos de sensores de proximidad según el principio físico que utilizan. Los más comunes son los interruptores de posición, los detectores capacitivos, los inductivos y los fotoeléctricos, como el de infrarrojos.
1.4.1 Tipos
Interruptores de posición 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. Internamente pueden contener interruptores normalmente abiertos
(NA), cerrados (NC) o conmutadores dependiendo de la operación que cumplan al ser accionados. Generalmente estos sensores están compuestos por dos partes: un cuerpo donde se encuentran los contactos y una cabeza que detecta el movimiento. Su uso es muy diverso, empleándose, en general, en todas las máquinas que tengan un movimiento rectilíneo de ida y vuelta o sigan una trayectoria fija, es decir, aquellas que realicen una carrera o recorrido fijo, como por ejemplo ascensores, montacargas, robots, etc.
(NA), cerrados (NC) o conmutadores dependiendo de la operación que cumplan al ser accionados. Generalmente estos sensores están compuestos por dos partes: un cuerpo donde se encuentran los contactos y una cabeza que detecta el movimiento. Su uso es muy diverso, empleándose, en general, en todas las máquinas que tengan un movimiento rectilíneo de ida y vuelta o sigan una trayectoria fija, es decir, aquellas que realicen una carrera o recorrido fijo, como por ejemplo ascensores, montacargas, robots, etc.
1.4.2 Funcionamiento
Funcionamiento
El principio de funcionamiento de un sensor de proximidad capacitivo , está basado en la medición de los cambios de capacitancia eléctrica de un condensador en un circuito resonante RC, ante la aproximación de cualquier material.
Los sensores de proximidad inductivos y capacitivos están basados en el uso de osciladores, en los que la amplitud de oscilación varía al aproximar unobjeto .
Sensor infrarrojo
Proximidad
Definición
Un sensor de proximidad es un transductor que detecta objetos o señales que se encuentran cerca del elemento sensor.
Existen varios tipos de sensores de proximidad según el principio físico que utilizan. Los más comunes son los interruptores de posición, los detectores capacitivos, los inductivos y los fotoeléctricos, como el de infrarrojos.
Ejemplo: sensor infrarrojo
Sensor capacitivo
Consiste en señalar un cambio de estado, basado en la variación del estímulo de un campo eléctrico. Los sensores capacitivos detectan objetos metálicos, o no metálicos, midiendo el cambio en la capacitancia, la cual depende de la constante dieléctrica del material a detectar, su masa, tamaño, y distancia hasta la superficie sensible del detector.
Sensor inductivo
Consiste en una bobina con núcleo de ferrita, un oscilador, un sensor de nivel de disparo de la señal y un circuito de salida. Al aproximarse un objeto "metálico" o no metálico, se inducen corrientes de histéresis en el objeto. Debido a ello hay una pérdida de energía y una menor amplitud de oscilación.
El principio de funcionamiento de un sensor de proximidad capacitivo , está basado en la medición de los cambios de capacitancia eléctrica de un condensador en un circuito resonante RC, ante la aproximación de cualquier material.
Los sensores de proximidad inductivos y capacitivos están basados en el uso de osciladores, en los que la amplitud de oscilación varía al aproximar unobjeto .
Sensor infrarrojo
Proximidad
Definición
Un sensor de proximidad es un transductor que detecta objetos o señales que se encuentran cerca del elemento sensor.
Existen varios tipos de sensores de proximidad según el principio físico que utilizan. Los más comunes son los interruptores de posición, los detectores capacitivos, los inductivos y los fotoeléctricos, como el de infrarrojos.
Ejemplo: sensor infrarrojo
Sensor capacitivo
Consiste en señalar un cambio de estado, basado en la variación del estímulo de un campo eléctrico. Los sensores capacitivos detectan objetos metálicos, o no metálicos, midiendo el cambio en la capacitancia, la cual depende de la constante dieléctrica del material a detectar, su masa, tamaño, y distancia hasta la superficie sensible del detector.
Sensor inductivo
Consiste en una bobina con núcleo de ferrita, un oscilador, un sensor de nivel de disparo de la señal y un circuito de salida. Al aproximarse un objeto "metálico" o no metálico, se inducen corrientes de histéresis en el objeto. Debido a ello hay una pérdida de energía y una menor amplitud de oscilación.
1.4.3 Características
Características
• La tensión de alimentación es de 5 voltios de continua. Podrá alimentarse directamente de la salida de 5V para sensores de la controladora ENCONOR.
• La salida es de tipo todo-nada y se conectará directamente a alguna entrada digital de las controladoras ENCONOR.
• La distancia a la cual se detectará un objeto dependerá de varios factores, entre ellos podemos destacar los siguientes:
a) Si el objeto detectado es más o menos claro.
b) Si el color del objeto es brillante o mate.
c) Del valor de la resistencia ajustable o potenciómetro de ajuste (sensibilidad).
Si establecemos unas situaciones extremas de color del objeto y recorrido del potenciómetro de ajuste, tendríamos aproximadamente los siguientes valores:
Pared Blanca
- Girando al máximo el potenciómetro hacia la derecha (tomando como referencia el sentido del foco emisor).
- Cuando nos aproximamos (o se aproxima el objeto), a unos 15 cm, se detecta el objeto y se enciende el diodo verde del sensor.
- Cuando nos alejamos (o se aleja el objeto), a unos 16 cm, ya no se detecta y se apaga el diodo verde del sensor.
De esto, se deduce que tiene una zona muerta o de retardo aproximadamente de 1 cm, entre la activación y desactivación del sensor.
- Girando al máximo el potenciómetro hacia la izquierda (tomando como referencia el sentido del foco emisor).
- Cuando nos aproximamos (o se aproxima el objeto), a unos 9 cm, se detecta el objeto y se enciende el diodo verde del sensor.
- Cuando nos alejamos (o se aleja el objeto), a unos 11 cm, ya no se detecta y se apaga el diodo verde del sensor.
Pared negra
- Girando al máximo el potenciómetro hacia la derecha (tomando como referencia el sentido del foco emisor).
- Cuando nos aproximamos (o se aproxima el objeto), a unos 4 cm, se detecta el objeto y se enciende el diodo verde del sensor.
- Cuando nos alejamos (o se aleja el objeto), a unos 4,5 cm, ya no se detecta y se apaga el diodo verde del sensor.
- Girando al máximo el potenciómetro hacia la izquierda (tomando como referencia el sentido del foco emisor).
- Cuando nos aproximamos (o se aproxima el objeto), a unos 1,5 cm, se detecta el objeto y se enciende el diodo verde del sensor.
- Cuando nos alejamos (o se aleja el objeto), a unos 2,5 cm, ya no se detecta y se apaga el diodo verde del sensor1.4.4 Modo de comunicación
UNIDAD 2 Actuadores
En el siguiente trabajo se hablara de los tipos de actuadores que hoy en día existen y de la importancia de cada uno, sus ventajas y desventajas y cada papel que juega cada uno. Con este trabajo se pretende tener más en claro los características de un actuador y las partes que lo componen dependiendo de qué actuador sea y el tipo.
Los actuadores en tiempo atrás eran solo un dispositivo que el hombre le proporcionaba movimiento a este, se le llamaba actuador “Humano”, con el tiempo fue muy tedioso su comprensión hasta que el hombre decidió automatizarlos. A continuación hablaremos más de los actuadores, ya que estos actuadores tienen como misión generar el movimiento de los elementos del robot u otros dispositivos con las que sean integradas según las órdenes dadas por la unidad de control. Se clasifican en tres grandes grupos, según la energía que utilizan.
2.1 Eléctricos.
2.1 Eléctricos.
Los actuadores electrónicos también son muy utilizados en los aparatos mecatrónicos, como por ejemplo, en los robots de tamaño mediano, pues éstos no requieren de tanta velocidad ni potencia como los robots diseñados para funcionar con actuadores hidráulicos. Los robots que usan la energía eléctrica se caracterizan por una mayor exactitud y repetitividad. Los servomotores CA sin escobillas se utilizaran en el futuro como actuadores de posicionamiento preciso debido a la demanda de funcionamiento sin tantas horas de mantenimiento.
2.1.2 Funcionamiento
Como se utilizan cables eléctricos para transmitir electricidad y las señales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la distancia entra la fuente de poder y el actuador. Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos estandarizados según la aplicación. En la mayoría de los casos es necesario utilizar reductores, debido a que los motores son de operación continua.
2.1.3 Características
Las características de control, sencillez y precisión de los accionamientos eléctricos han hecho que sean los más usados en los robots industriales actuales, como por ejemplo el uso de un robot en fabrica de autos en el pintado.
2.1.4 Modo de comunicación.
Los actuadores eléctricos se comunican mediante el funcionamiento de los mismos, ya que si una parte llega a fallar no se puede realizar la acción que se requiere para llevar a cabo su movimiento.
- Sistema de "llave de seguridad": Este método de llave de seguridad para la retención de las tapas del actuador, usa una cinta cilíndrica flexible de acero inoxidable en una ranura de deslizamiento labrada a máquina. Esto elimina la concentración de esfuerzos causados por cargas centradas en los tornillos de las tapas y helicoils. Las Llaves de Seguridad incrementan de gran forma la fuerza del ensamblado del actuador y proveen un cierre de seguridad contra desacoplamientos peligrosos.
- Piñón con ranura: Esta ranura en la parte superior del piñón provee una transmisión autocentrante, directa para indicadores de posición e interruptores de posición, eliminando el uso de bridas de acoplamiento. (Bajo la norma Namur).
- Cojinetes de empalme: Estos cojinetes de empalme barrenados y enroscados sirven para simplificar el acoplamiento de accesorios a montar en la parte superior. (Bajo normas ISO 5211 Y VDI).
- Pase de aire grande: Los conductos internos para el pasaje de aire extra grandes permiten una operación rápida y evita el bloqueo de los mismos.
- Muñoneras: Una muñonera de nuevo diseño y de máxima duración, permanentemente lubricada, resistente a la corrosión y de fácil reemplazo, extiende la vida del actuador en las aplicaciones más severas.
- Construcción: Se debe proveer fuerza máxima contra abolladuras, choques y fatiga. Su piñón y cremallera debe ser de gran calibre, debe ser labrado con maquinaria de alta precisión, y elimina el juego para poder obtener posiciones precisas.
- Ceramigard: Superficie fuerte, resistente a la corrosión, parecida a cerámica. Protege todas las partes del actuador contra desgaste y corrosión.
- Revestimiento: Un revestimiento doble, para proveer extra protección contra ambientes agresivos.
- Acople: Acople o desacople de módulos de reposición por resorte, o de seguridad en caso de falla de presión de aire.
- Tornillos de ajuste de carrera: Provee ajustes para la rotación del piñón en ambas direcciones de viaje; lo que es esencial para toda válvula de cuarto de vuelta.
- Muñoneras radiales y de carga del piñón: Muñoneras reemplazables que protegen contra cargas verticales. Muñoneras radiales soportan toda carga radial.
- Sellos del piñón - superior e inferior: Los sellos del piñón están posicionados para minimizar todo hueco posible, para proteger contra la corrosión.
- Resortes indestructibles de seguridad en caso de falla: Estos resortes son diseñados y fabricados para nunca fallar y posteriormente son protegidos contra la corrosión. Los resortes son clasificados y asignados de forma particular para compensar la pérdida de memoria a la cual está sujeta todo resorte; para una verdadera confianza en caso de falla en el suministro de aire.
2.2 Mecánicos.
Los Actuadores Mecánicos son dispositivos que utilizan energía mecánica para su funcionamiento. En función de la fuente de energía utilizada pueden ser neumáticos o hidráulicos, es decir, 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.
2.3.2 Funcionamiento.
La misión de los actuadores es generar o transmitir movimiento a piezas o elementos, previas órdenes dadas por la unidad de control y mando. Los actuadores hidráulicos utilizan como energía aceites minerales, que trabajan a presión entre 50 y 100 bares y que en ocasiones pueden superar los 300 bares.
2.3.3 Características.
Las bombas hidráulicas son los elementos encargados de impulsar el aceite o líquido hidráulico, transformando la energía mecánica rotatoria en energía hidráulica.
2.3.4 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 requieren demasiado equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento.
2.3 Hidráulicos.
Los actuadores hidráulicos son los que han de utilizar un fluido a presión, generalmente un tipo de
aceite, para que el sistema donde sea utilizado pueda movilizar sus mecanismos.
Los actuadores hidráulicos se utilizan para maquinarias grandes, las cuales presentan mayor
velocidad y mayor resistencia mecánica
Se clasifican de acuerdo con la forma de operación, funcionan en base afluidos a presión.
Son componentes que transforman la energía hidráulica que reciben en mecánica
Tienen como función convertir el flujo de fluido hidráulico en movimiento lineal o rotatorio.
Su tamaño va en función de las cargas operacionales que tenga que sufrir y básicamente consiste en un cilindro exterior dentro del cual se desliza un pistón. Unido al pistón se encuentra un vástago que atraviesa el fondo del cilindro y es el que transmite el movimiento linealmente.
Los cilindros hidráulicos de movimiento lineal son utilizados comúnmente en aplicaciones donde la fuerza de empuje del pistón y su desplazamiento son elevados.
•Los cilindros hidráulicos pueden ser de
–Simple efecto
–Doble efecto
En el cilindro de efecto simple
El fluido hidráulico empuja en un sentido el pistón del cilindro y una fuerza externa (resorte o gravedad) lo retrae en sentido contrario.
El cuerpo del cilindro es la caja externa tubular y contiene el pistón, el sello del pistón y el vástago.
El cilindro de acción doble utiliza la fuerza generada por el fluido hidráulico para mover el pistón en los dos sentidos, mediante una válvula.
•El cilindro de acción doble es el accionador hidráulico más común utilizado actualmente y se usa en los sistemas del implemento, la dirección y otros sistemas donde se requiera que el cilindro funcione en ambas direcciones.
El cilindro telescópico contiene otros de menos diámetro en su interior y se expanden en etapas, son muy utilizados en grúas.
Está constituido por los tubos cilíndricos y vástago de émbolo. En el avance sale primero el émbolo interior, siguiendo desde dentro hacia fuera los siguientes vástagos o tubos. La reposición de las barras telescópicas se realiza por fuerzas externas.
UNIDAD 3 Microcontroladores.
Los microcontroladores son diseñados para reducir el costo económico y el consumo de energía de un sistema en particular. Por eso el tamaño de la unidad central de procesamiento, la cantidad de memoria y los periféricos incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico sencillo como una batidora utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bits) porque sustituirá a un autómata finito. En cambio, un reproductor de música y/o vídeo digital (MP3 o MP4) requerirá de un procesador de 32 bits o de 64 bits y de uno o más códecs de señal digital (audio y/o vídeo). El control de un sistema de frenos ABS (Antilock Brake System) se basa normalmente en un microcontrolador de 16 bits, al igual que el sistema de control electrónico del motor en un automóvil.
3.1 Características generales.
Los microcontroladores son diseñados para reducir el costo económico y el consumo de energía de un sistema en particular. Por eso el tamaño de la unidad central de procesamiento, la cantidad de memoria y los periféricos incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico sencillo como una batidora utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bits) porque sustituirá a un autómata finito. En cambio, un reproductor de música y/o vídeo digital (MP3 o MP4) requerirá de un procesador de 32 bits o de 64 bits y de uno o más códecs de señal digital (audio y/o vídeo). El control de un sistema de frenos ABS (Antilock Brake System) se basa normalmente en un microcontrolador de 16 bits, al igual que el sistema de control electrónico del motor en un automóvil. Los microcontroladores representan la inmensa mayoría de los chips de computadoras vendidos, sobre un 50% son controladores "simples" y el restante corresponde aDSP más especializados. Mientras se pueden tener uno o dos microprocesadores de propósito general en casa (Ud. está usando uno para esto), usted tiene distribuidos seguramente entre los electrodomésticos de su hogar una o dos docenas de microcontroladores. Pueden encontrarse en casi cualquier dispositivo electrónico como automóviles, lavadoras, hornos microondas,teléfonos, etc. Un microcontrolador difiere de una unidad central de procesamiento normal, debido a que es más fácil convertirla en una computadora en funcionamiento, con un mínimo de circuitos integrados externos de apoyo. La idea es que el circuito integrado se coloque en el dispositivo, enganchado a la fuente de energía y de información que necesite, y eso es todo. Un microprocesador tradicional no le permitirá hacer esto, ya que espera que todas estas tareas sean manejadas por otros chips. Hay que agregarle los módulos de entrada y salida (puertos) y la memoria para almacenamiento de información.
3.1.1 Introducción
Un microcontrolador (abreviado μC, UC o MCU) es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida.
3.1.2 Familias
3.1.3 Ancho de buses
Los tres anchos de bus mas utilizados en microcontroladores son:
Microcontroladores de 8-bits
Microcontroladores de 16-bits
Microcontroladores de 32-bits El ancho de bus es la cantidad de bits en la que se maneja cada instrucción, como vimos en ensamblador esta capacidad tiene que ver directamente con la longitud de palabra de una instrucción del procesador y operaciones que pueden ser soportadas por este.
Microcontroladores de 8-bits
Microcontroladores de 16-bits
Microcontroladores de 32-bits El ancho de bus es la cantidad de bits en la que se maneja cada instrucción, como vimos en ensamblador esta capacidad tiene que ver directamente con la longitud de palabra de una instrucción del procesador y operaciones que pueden ser soportadas por este.
3.1.4 Memoria
Anteriormente habíamos visto que la memoria en los microcontroladores debe estar ubicada dentro del mismo encapsulado, esto es así la mayoría de las veces, porque la idea fundamental es mantener el grueso de los circuitos del sistema dentro de un solo integrado. En los microcontroladores la memoria no es abundante, aquí no encontrará Gigabytes de memoria como en las computadoras personales. Típicamente la memoria de programas no excederá de 16 K-localizaciones de memoria no volátil (flash o eprom) para contener los programas.
La memoria RAM está destinada al almacenamiento de información temporal que será utilizada por el procesador para realizar cálculos u otro tipo de operaciones lógicas. En el espacio de direcciones de memoria RAM se ubican además los registros de trabajo del procesador y los de configuración y trabajo de los distintos periféricos del microcontrolador. Es por ello que en la mayoría de los casos, aunque se tenga un espacio de direcciones de un tamaño determinado, la cantidad de memoria RAM de que dispone el programador para almacenar sus datos es menor que la que puede direccionar el procesador.
La memoria RAM está destinada al almacenamiento de información temporal que será utilizada por el procesador para realizar cálculos u otro tipo de operaciones lógicas. En el espacio de direcciones de memoria RAM se ubican además los registros de trabajo del procesador y los de configuración y trabajo de los distintos periféricos del microcontrolador. Es por ello que en la mayoría de los casos, aunque se tenga un espacio de direcciones de un tamaño determinado, la cantidad de memoria RAM de que dispone el programador para almacenar sus datos es menor que la que puede direccionar el procesador.
3.2 Circuitería alternativa para entrada/salida
También conocidos como puertos de E/S, generalmente agrupadas en puertos de 8 bits de longitud, permiten leer datos del exterior o escribir en ellos desde el interior del microcontrolador, el destino habitual es el trabajo con dispositivos simples como relés, LED, o cualquier otra cosa que se le ocurra al programador. Algunos puertos de E/S tienen características especiales que le permiten manejar salidas con determinados requerimientos de corriente, o incorporan mecanismos especiales de interrupción para el procesador. Típicamente cualquier pin de E/S puede ser considerada E/S de propósito general, pero como los microcontroladores no pueden tener infinitos pines, ni siquiera todos los pines que queramos, las E/S de propósito general comparten los pines con otros periféricos. Para usar un pin con cualquiera de las características a él asignadas debemos configurarlo mediante los registros destinados a ellos.
Un sistema empotrado suele tener tres tipos diferentes de entrada:
Módulos de adquisición de datos (sensores).
Entrada de interfaz con el usuario (botones, interruptores, ruedas).
Comunicación con sistemas externos (entrada/salida).
• La comunicación con sistemas externos se realizará mediante alguno de los sistemas de comunicación que implementan los PIC (USART).
No vamos a entrar en detalles.
• Para el resto de entradas vamos a ver los esquemas de conexionado de las entradas más habituales hacia un microcontrolador PIC:
Interruptores.
Teclados.
Potenciómetros.
Sensores.
Un sistema empotrado suele tener tres tipos diferentes de entrada:
Módulos de adquisición de datos (sensores).
Entrada de interfaz con el usuario (botones, interruptores, ruedas).
Comunicación con sistemas externos (entrada/salida).
• La comunicación con sistemas externos se realizará mediante alguno de los sistemas de comunicación que implementan los PIC (USART).
No vamos a entrar en detalles.
• Para el resto de entradas vamos a ver los esquemas de conexionado de las entradas más habituales hacia un microcontrolador PIC:
Interruptores.
Teclados.
Potenciómetros.
Sensores.
3.2.1 Generalidades.
Origen
En 1969, ingenieros de la compañía japonesa BUSICOM, buscan soluciones para fabricar con pocos componentes sus dispositivos (calculadoras), esta proposición se le hizo a INTEL quien en un proyecto dirigido por Marcian Hoff y apoyado por Federico Faggin, logro fabricar un bloque integrado denominado “microprocesador” adquiriendo los derechos de la compañía BUSICOM y entregando al mercado en 1971 el primer microprocesador el 4004 de 4 bits. Como ya se ha mencionado le siguieron el i8008, i8080, el Motorola 6800, Z80, i8085.
En 1976 aparece en el mercado un nuevo dispositivo que incorpora una CPU, memoria RAM - ROM y puertos de I/O, este dispositivo es llamado “microcontrolador” que son microcomputadoras en un solo chip, dos de los mas representativos y primeros microcontroladores fueron:
· Intel 8048, con arquitectura Harvard modificada con programa ROM en el mismo chip, RAM de 64 a 256 bytes e interfaz I/O (entrada/salida).
· Motorola 6805R2.
En la década de los 80’s comienza la ruptura de desarrollo y evolución tecnológico entre microprocesadores y microcontroladores. Los microprocesadores han evolucionado buscando la solución al manejo de grandes volúmenes de información, mientras los microcontroladores incorporan unidades funcionales con capacidades superiores de interacción con el medio físico en tiempo real, un mejor desempeño y robustez en aplicaciones industriales.
En los años posteriores apareces nuevos microcontroladores que son utilizados
En 1969, ingenieros de la compañía japonesa BUSICOM, buscan soluciones para fabricar con pocos componentes sus dispositivos (calculadoras), esta proposición se le hizo a INTEL quien en un proyecto dirigido por Marcian Hoff y apoyado por Federico Faggin, logro fabricar un bloque integrado denominado “microprocesador” adquiriendo los derechos de la compañía BUSICOM y entregando al mercado en 1971 el primer microprocesador el 4004 de 4 bits. Como ya se ha mencionado le siguieron el i8008, i8080, el Motorola 6800, Z80, i8085.
En 1976 aparece en el mercado un nuevo dispositivo que incorpora una CPU, memoria RAM - ROM y puertos de I/O, este dispositivo es llamado “microcontrolador” que son microcomputadoras en un solo chip, dos de los mas representativos y primeros microcontroladores fueron:
· Intel 8048, con arquitectura Harvard modificada con programa ROM en el mismo chip, RAM de 64 a 256 bytes e interfaz I/O (entrada/salida).
· Motorola 6805R2.
En la década de los 80’s comienza la ruptura de desarrollo y evolución tecnológico entre microprocesadores y microcontroladores. Los microprocesadores han evolucionado buscando la solución al manejo de grandes volúmenes de información, mientras los microcontroladores incorporan unidades funcionales con capacidades superiores de interacción con el medio físico en tiempo real, un mejor desempeño y robustez en aplicaciones industriales.
En los años posteriores apareces nuevos microcontroladores que son utilizados
3.2.2 Displays LED, LCD y otros dispositivos de visualización.
En la naturaleza existen 3 estados físicos de la materia (sólido, líquido y gaseoso), pero también se ha clasificado otro estado denominado plasmático. La pantalla de plasma es una tecnología desarrollada en el año de 1964 en la universidad de Illinois en EUA, está basada en una minúscula celda con fósforo y gas especial (formado de electrones, iones y partículas neutras), que al entrar en contacto con un cátodo (un pequeño conductor con el polo negativo), se convierte en plasma y genera en el fósforo tres colores: azul, verde y rojo.
Display de Plasma
Display de LCD
DEFINICIÓN
CARACTERISTICAS
Una pantalla de cristal líquido o LCD (acrónimo del inglés Liquid Crystal Display) es una pantalla delgada y plana formada por un número de píxeles en color o monocromos colocados delante de una fuente de luz o reflectora.
Definición de LED
LED se define por sus siglas como diodo emisor de luz, no es más que un pequeño chip de material semiconductor, que cuando es atravesado por una corriente eléctrica, en sentido apropiado, emite luz monocromática sin producir calor, es decir un componente electrónico semiconductor, con polaridad por lo que se usará en funciones de señalización, estética y, actualmente iluminación.
+ Tamaño: es la distancia que existe entre la esquina superior derecha y la esquina inferior izquierda de la pantalla de vidrio, por lo que no se considera la cubierta de plástico que la contiene. La unidad de medida es la pulgada ( " ). Los más comunes son de 15.6", 17", 19", 20", 22" y 24 pulgadas.
+ Tecnología: basada en celdas de plasma, la pantalla no se actualiza, sino que permanece estática hasta que la computadora envíe señal de cambios de color a cada celda , por esta característica es que se cansa menos la vista al trabajar. Compite actualmente contra las pantallas LCD y los monitores CRT.
Display de Plasma
Display de LCD
DEFINICIÓN
CARACTERISTICAS
Una pantalla de cristal líquido o LCD (acrónimo del inglés Liquid Crystal Display) es una pantalla delgada y plana formada por un número de píxeles en color o monocromos colocados delante de una fuente de luz o reflectora.
Definición de LED
LED se define por sus siglas como diodo emisor de luz, no es más que un pequeño chip de material semiconductor, que cuando es atravesado por una corriente eléctrica, en sentido apropiado, emite luz monocromática sin producir calor, es decir un componente electrónico semiconductor, con polaridad por lo que se usará en funciones de señalización, estética y, actualmente iluminación.
+ Tamaño: es la distancia que existe entre la esquina superior derecha y la esquina inferior izquierda de la pantalla de vidrio, por lo que no se considera la cubierta de plástico que la contiene. La unidad de medida es la pulgada ( " ). Los más comunes son de 15.6", 17", 19", 20", 22" y 24 pulgadas.
+ Tecnología: basada en celdas de plasma, la pantalla no se actualiza, sino que permanece estática hasta que la computadora envíe señal de cambios de color a cada celda , por esta característica es que se cansa menos la vista al trabajar. Compite actualmente contra las pantallas LCD y los monitores CRT.
UNIDAD 4 Programación de micro controladores
Competencias especificas:
- Utilizar lenguajes ensambladores en la programación del microcontrolador.
- Programar microcontroladores.
Actividades de Aprendizaje:
- Realizar programas diversos que muestren el funcionamiento del microcontrolador.
- Resolver los ejercicios de programación propuestos.
- Realizar las prácticas propuestas.
4.1 Modelo de programación.
Funciones de un programa de control de procesos:
Adquisición y acondicionamiento de datos
Control digital directo
Supervisión del sistema
Control de secuencias
Modelos a estudiar
Organigramas (diagramas de flujo)
Maquinas de estado finita (Finite State Machine-FSM).
Adquisición y acondicionamiento de datos
Control digital directo
Supervisión del sistema
Control de secuencias
Modelos a estudiar
Organigramas (diagramas de flujo)
Maquinas de estado finita (Finite State Machine-FSM).
4.2 Estructura de los registros del CPU
4.3 Modos de direccionamiento
Se les llama modos de direccionamiento a las distintas formas de combinar los operandos según el acceso que se hace a memoria.
Dicho de otra manera, un modo de direccionamiento será una forma de parámetro para las instrucciones.
Una instrucción que lleve un parámetro, por lo tanto, usará un modo de direccionamiento, que dependerá de cómo direccionará (accesará) al parámetro; una instrucción de dos parámetros, combinará dos modos de direccionamiento.
Una instrucción que lleve un parámetro, por lo tanto, usará un modo de direccionamiento, que dependerá de cómo direccionará (accesará) al parámetro; una instrucción de dos parámetros, combinará dos modos de direccionamiento.
Direccionamiento implícito
Depende solamente de la instrucción, es decir, la instrucción no lleva parámetros.
Particularmente en instrucciones que no accesan memoria, o bien que tienen una forma específica de accesarla.
Depende solamente de la instrucción, es decir, la instrucción no lleva parámetros.
Particularmente en instrucciones que no accesan memoria, o bien que tienen una forma específica de accesarla.
Ejemplos: PUSHF, POPF, NOP
Modo registro
Usa solamente registros como operandos
Es el más rápido, pues minimiza los recursos necesarios (toda la información fluye dentro del EU del CPU)
Ejemplo:
MOV AX, BX
Modo inmediato
Tiene dos operandos: un registro y una constante que se usa por su valor.
El valor constante no se tiene que buscar en memoria, pues ya se obtuvo al hacer el “fetch” de la instrucción.
Ejemplo:
MOV AH, 9
Modo directo
Uno de los operandos involucra una localidad específica de memoria
El valor constante se tiene que buscar en memoria, en la localidad especificada.
Es más lento que los anteriores, pero es el más rápido para ir a memoria, pues ya “sabe” la localidad, la toma de la instrucción y no la tiene que calcular.
Ejemplo:
MOV AH, [0000]
MOV AH, Variable
Estas dos instrucciones serían equivalentes, si Variable está, por ejemplo, en la localidad 0 de memoria. En la forma primitiva del lenguaje de máquina, como el primer ejemplo, se tiene que indicar “mover a AH el contenido (indicado por los corchetes), de la localidad 0 de los datos (lo de los datos es implícito). El lenguaje Ensamblador, sin embargo, nos permite la abstracción del uso de variables, pero como una variable tiene una localidad determinada en memoria, para el procesador funciona igual. La única diferencia consiste en que el programador no tiene que preocuparse por la dirección, ese manejo lo hace automáticamente el Ensamblador.
4.5 Lenguajes ensambladores
El lenguaje ensamblador es el lenguaje de programación utilizado para escribir programas informáticos de bajo nivel, y constituye la representación más directa del Código máquina específico para cada arquitectura de computadoras legible por un programador. Aun hoy se utiliza en la programación de handler o manipuladores de dispositivos de hardware.
El código escrito en lenguaje ensamblador posee una cierta dificultad de ser entendido directamente por un ser humano ya que su estructura se acerca más bien al lenguaje máquina, es decir, lenguaje de bajo nivel.Características
- El lenguaje ensamblador es difícilmente portable, es decir, un código escrito para un Microprocesador, suele necesitar ser modificado, muchas veces en su totalidad para poder ser usado en otra máquina distinta, aun con el mismo Microprocesador, solo pueden ser reutilizados secciones especiales del código programado.
- Los programas hechos en lenguaje ensamblador, al ser programado directamente sobre Hardware, son generalmente más rápidos y consumen menos recursos del sistema (memoria RAM y ROM). Al programar cuidadosamente en lenguaje ensamblador se pueden crear programas que se ejecutan más rápidamente y ocupan menos espacio que con lenguajes de alto nivel.
- Con el lenguaje ensamblador se tiene un control muy preciso de las tareas realizadas por un Microprocesador por lo que se pueden crear segmentos de código difíciles de programar en un lenguaje de alto nivel.
- También se puede controlar el tiempo en que tarda una Rutina en ejecutarse, e impedir que se interrumpa durante su ejecución.
- El lenguaje ensamblador es un código estructurado y gravitatorio desarrollado sobre un archivo de programación (.ASM), en el cual pueden existir varios programas, macros o rutinas que pueden ser llamados entre si.
Lenguaje
Un programa escrito en lenguaje ensamblador consiste en una serie de Instrucciones que corresponden al flujo de órdenes ejecutables que pueden ser cargadas en la Memoria de un sistema basado en Microprocesador. Por ejemplo, un Procesador x86 puede ejecutar la siguiente instrucción Binaria como se expresa en código de máquina:
- Binario: 10110000 01100001 (Hexadecimal: 0xb061)
La representación equivalente en lenguaje ensamblador es más fácil de recordar:
- MOV al, 061h
Esta instrucción significa:
- Asigna el valor Hexadecimal 61 (97 Decimal) al registro "al".
El mnemónico "mov" es un código de operación u "opcode", elegido por los diseñadores de la colección de instrucciones para abreviar "move" (mover, pero en el sentido de copiar valores de un sitio a otro). El opcode es seguido por una lista de argumentos o parámetros, completando una instrucción de ensamblador típica. A diferencia de los lenguajes de alto nivel, aquí hay usualmente una correspondencia 1 a 1 entre las instrucciones simples del ensamblador y el lenguaje de máquina. Sin embargo, en algunos casos, un ensamblador puede proveer "pseudo instrucciones" que se expanden en un código de máquina más extenso a fin de proveer la funcionalidad necesaria. Por ejemplo, para un código máquina condicional como "si X mayor o igual que", un ensamblador puede utilizar una pseudo instrucción al grupo "haga si menor que", y "si = 0" sobre el resultado de la condición anterior. Los Ensambladores más completos también proveen un rico lenguaje de macros que se utiliza para generar código más complejo y secuencias de datos. Cada arquitectura de microprocesadores tiene su propio lenguaje de máquina, y en consecuencia su propio lenguaje ensamblador ya que este se encuentra muy ligado al la estructura del hardware para el cual se programa. Los microprocesadores difieren en el tipo y número de operaciones que soportan; también pueden tener diferente cantidad de registros, y distinta representación de los tipos de datos en memoria. Aunque la mayoría de los microprocesadores son capaces de cumplir esencialmente las mismas funciones, la forma en que lo hacen difiere y los respectivos lenguajes ensamblador reflejan tal diferencia. Pueden existir múltiples conjuntos de mnemónicos o Sintaxis de lenguaje ensamblador para un mismo conjunto de instrucciones, instanciados típicamente en diferentes programas en ensamblador. En estos casos, la alternativa más popular es la provista por los fabricantes, y usada en los manuales del programa.
Código máquina
El código máquina, o lenguaje de máquina, está formado por instrucciones sencillas, que -dependiendo de la estructura del procesador- pueden especificar:
- Registros específicos para operaciones aritméticas, direccionamiento o control de funciones.
- Posiciones de memoria específicas (offset).
- Modos de direccionamiento usados para interpretar operandos.
Las operaciones más complejas se realizan combinando estas instrucciones sencillas, que pueden ser ejecutadas secuencialmente o mediante instrucciones de control de flujo. Casi todas las instrucciones utilizan 2 operandos específicos para realizar su función. Ejemplo, cuando deseamos mover un valor constante hacia un registro de almacenamiento debemos especificar ambos operandos. Las operaciones disponibles en la mayoría de los conjuntos de instrucciones incluyen:
- mover
llenar un registro con un valor constante (Ej.: mov al, `20`). o mover datos de una posición de memoria a un registro o viceversa (Ej.: mov al, [si]) o escribir y leer datos de dispositivos (Ej.: lea dx, offset cadena)
- computar
sumar, restar, multiplicar o dividir los valores de dos registros, colocando el resultado en uno de ellos o en otro registro (Ej.: sum, mul, div, entres otras instrucciones). o realizar operaciones binarias, incluyendo operaciones lógicas (AND/OR/XOR/NOT) o comparar valores entre registros (mayor, menor, igual) (Ej.: cmp)
- afectar el flujo del programa
saltar a otra posición en el programa y ejecutar instrucciones allí(Ej.: jmp) o saltar si se cumplen ciertas condiciones (IF) (Ej.: jnb, jnz, jb, jz, jne, je, entre otros) o saltar a otra posición, pero guardar el punto de salida para retornar (Ej.: CALL, llamada a subrutinas) Algunas computadoras incluyen instrucciones complejas dentro de sus capacidades. Una sola instrucción compleja hace lo mismo que en otras computadoras puede requerir una larga serie de instrucciones, por ejemplo:
- salvar varios registros en la Pila de una sola vez
- mover grandes bloques de memoria
4.6 Codificación
A menudo gastamos una gran cantidad de energía diseñando un circuito elegante, bien diseñado y robusto. Hoy día, el cerebro de muchos de estos circuitos es un microcontrolador que necesita un software para funcionar. ¿No es razonable entonces esperar un programa bien diseñado y escrito adecuadamente que se complemente con la calidad del trabajo del circuito? Aparentemente así es. Hablemos de la cualidad del software.Es un hecho muy bien conocido: los errores matan a gente y los errores de programación no son una excepción. Todos los
años muere gente debido a errores de programas. Algunos accidentes fatales de avión, helicóptero y coches pueden ser atribuidos a problemas en el software. El mal funcionamiento del ‘firmware’ interno de los dispositivos médicos crea víctimas de manera regular.
años muere gente debido a errores de programas. Algunos accidentes fatales de avión, helicóptero y coches pueden ser atribuidos a problemas en el software. El mal funcionamiento del ‘firmware’ interno de los dispositivos médicos crea víctimas de manera regular.
UNIDAD 5 Puertos y buses de comunicación para microcontroladores.
Competencias especificas:
- Identificar y analizar los elementos esenciales de los puertos y buses de comunicación.
- Implementar aplicaciones que impliquen el manejo de puertos y buses de comunicación.
Actividades de aprendizaje:
- Investigar la relación entre los diferentes puertos de comunicación y sus aplicaciones.
- Mediante ejemplos, analizar el impacto de los buses de comunicación en la industria.
- Realizar una práctica sobre los buses de comunicación
5.1 Tipos de puertos
PUERTOS DE ENTRADA / SALIDA EN UN MICROCONTROLADOR
Cualquier aplicación de un sistema digital basado en un microprocesador o microcontrolador requiere la transferencia de datos entre circuitos externos al microprocesador y él mismo. Estas transferencias constituyen las operaciones llamadas ENTRADA y SALIDA, (input /output ) o ES ( I/O).
Los puertos de entrada/salida son básicamente registros externos o internos.
Algunos microprocesadores proporcionan señales de control que permiten que los registros externos que forman los puertos de E/S ocupen un espacio de direcciones separada, es decir, distinto del espacio de direcciones de los registros
externos que componen la memoria. Cuando los puertos tienen asignado un espacio de direcciones separado, se dice que están en modo de
ENTRADA/SALIDA AISLADA o E/S ESTÁNDAR. Por el contrario, cuando se ubican dentro del mismo espacio que la memoria, se dice que están en modo de ENTRADA/SALIDA MAPEADA A MEMORIA o PROYECTADA EN MEMORIA.
ENTRADA/SALIDA AISLADA.- Para que un microprocesador pueda implementar el modo E/S aislada (isolated I/O) son indispensables las siguientes condiciones:
1.- El microprocesador debe proporcionar señales de control que permitan distinguir entre una operación con un puerto y una referencia a memoria.
2.- El código de instrucciones debe tener instrucciones especiales con las que se pueda leer (entrada) o escribir (salida) en los puertos.
ENTRADA/SALIDA MAPEADA.- El modo de E/S mapeada a memoria (Memory mapped I/O) se basa en que tanto las localidades de memoria como los puertos de E/S se consideran como registros externos desde el punto de vista del microprocesador. Entonces, las instrucciones que hacen referencia a la memoria también pueden transferir datos entre un dispositivo periférico y el microprocesador, siempre y cuando el puerto de E/S que los interconecta se encuentre dentro del espacio de direccionamiento de memoria, es decir, controlado por las señales de control para memoria. De esta forma, el registro asociado con el puerto de E/S es tratado simplemente como una localidad de memoria más.
Cualquier aplicación de un sistema digital basado en un microprocesador o microcontrolador requiere la transferencia de datos entre circuitos externos al microprocesador y él mismo. Estas transferencias constituyen las operaciones llamadas ENTRADA y SALIDA, (input /output ) o ES ( I/O).
Los puertos de entrada/salida son básicamente registros externos o internos.
Algunos microprocesadores proporcionan señales de control que permiten que los registros externos que forman los puertos de E/S ocupen un espacio de direcciones separada, es decir, distinto del espacio de direcciones de los registros
externos que componen la memoria. Cuando los puertos tienen asignado un espacio de direcciones separado, se dice que están en modo de
ENTRADA/SALIDA AISLADA o E/S ESTÁNDAR. Por el contrario, cuando se ubican dentro del mismo espacio que la memoria, se dice que están en modo de ENTRADA/SALIDA MAPEADA A MEMORIA o PROYECTADA EN MEMORIA.
ENTRADA/SALIDA AISLADA.- Para que un microprocesador pueda implementar el modo E/S aislada (isolated I/O) son indispensables las siguientes condiciones:
1.- El microprocesador debe proporcionar señales de control que permitan distinguir entre una operación con un puerto y una referencia a memoria.
2.- El código de instrucciones debe tener instrucciones especiales con las que se pueda leer (entrada) o escribir (salida) en los puertos.
ENTRADA/SALIDA MAPEADA.- El modo de E/S mapeada a memoria (Memory mapped I/O) se basa en que tanto las localidades de memoria como los puertos de E/S se consideran como registros externos desde el punto de vista del microprocesador. Entonces, las instrucciones que hacen referencia a la memoria también pueden transferir datos entre un dispositivo periférico y el microprocesador, siempre y cuando el puerto de E/S que los interconecta se encuentre dentro del espacio de direccionamiento de memoria, es decir, controlado por las señales de control para memoria. De esta forma, el registro asociado con el puerto de E/S es tratado simplemente como una localidad de memoria más.
5.2 Programación de puertos.
Programación por puerto serial
Programación por puerto paralelo
MPLAB DE MICROCHIP
Se integra de forma automática, al instalar el compilador PCW.
En versiones anteriores ejecutando el comando: Cscs + setup
Programación por puerto paralelo
MPLAB DE MICROCHIP
Se integra de forma automática, al instalar el compilador PCW.
En versiones anteriores ejecutando el comando: Cscs + setup
5.3 Aplicaciones de puertos
OPERACIÓN DE LECTURA EN LOS PUERTOS DEL MICROCONTROLADOR 8051.
La operación de lectura o de adquisición de datos no representa ningún tipo de problema; solamente se deberá cambiar el orden de los operandos en la instrucción respecto a la de escritura.
Para la operación de lectura, el formato de la instrucción más habitual es el siguiente:
MOV <dato>,PX ; dato <- PX
Los siguientes diagramas muestran cómo se puede introducir un dato a los puertos para que sirvan de interfaces.
La operación de lectura o de adquisición de datos no representa ningún tipo de problema; solamente se deberá cambiar el orden de los operandos en la instrucción respecto a la de escritura.
Para la operación de lectura, el formato de la instrucción más habitual es el siguiente:
MOV <dato>,PX ; dato <- PX
Los siguientes diagramas muestran cómo se puede introducir un dato a los puertos para que sirvan de interfaces.
5.4 Estándares de buses.
PC/104 se lanzó en 1992, acercando la tecnología PC a las aplicaciones de control industrial. El estándar PC/104 usa el bus ISA como un bus portador en el sistema, sobre el que las unidades se interconectan, semejante al estándar plug-in o las tarjetas de expansión de la época. En 1994 el estándar se amplió para incluir el bus PCI y especificó el PC/104 Plus como el estándar. En el estándar PC/104 Plus, tanto el bus ISA como el bus PCI se declaran como buses portadores en el sistema y, por lo tanto, disponibles para la expansión del sistema. Ambos sistemas de conectores ocupan alrededor del 30% del área de la tarjeta.
La creciente complejidad de las tarjetas y el énfasis en el bus PCI condujo en el año 2004 a que el uso de PC/104 con bus ISA comenzara a utilizarse en menor medida frente al uso del estándar PC/104 Plus. Para aplicaciones en las que el bus ISA es necesario, están disponibles las tarjetas que hacen de puente entre PCI e ISA y por tanto permite el uso de expansiones o tarjetas ISA en soluciones PCI-104. Existen numerosos desarrollos en el mercado, dentro de áreas tan diferentes como máquinas herramientas, control de sistemas de riego o aplicaciones militares. Por este motivo, el estándar PC/104 sigue manteniendo, gracias a su robustez, una parte alta del mercado embedded.
La creciente complejidad de las tarjetas y el énfasis en el bus PCI condujo en el año 2004 a que el uso de PC/104 con bus ISA comenzara a utilizarse en menor medida frente al uso del estándar PC/104 Plus. Para aplicaciones en las que el bus ISA es necesario, están disponibles las tarjetas que hacen de puente entre PCI e ISA y por tanto permite el uso de expansiones o tarjetas ISA en soluciones PCI-104. Existen numerosos desarrollos en el mercado, dentro de áreas tan diferentes como máquinas herramientas, control de sistemas de riego o aplicaciones militares. Por este motivo, el estándar PC/104 sigue manteniendo, gracias a su robustez, una parte alta del mercado embedded.
5.5 Manejo del bus.
Selección del Bus
Con el objetivo de solucionar los problemas antes mencionados y de poder reusar nuestros diseños así como también usar diseños realizados por otros grupos adoptamos el estándar de interconexión Wishbone.
Bus de expansión
En una primera aproximación creamos un bus de expansión específicamente creado para el microcontrolador. Esto tiene importantes desventajas, entre ellas:
− Para conectar periféricos creados por otros grupos de trabajo es necesario adaptarlos a la señalización del bus en cuestión.
− Periféricos diseñados para ese bus no servían para ser usados en otros diseños con buses de otro tamaño. Por ejemplo: no servían para un bus de 16 o 32 bits sin ser adaptados.
Con el objetivo de solucionar los problemas antes mencionados y de poder reusar nuestros diseños así como también usar diseños realizados por otros grupos adoptamos el estándar de interconexión Wishbone.
Bus de expansión
En una primera aproximación creamos un bus de expansión específicamente creado para el microcontrolador. Esto tiene importantes desventajas, entre ellas:
− Para conectar periféricos creados por otros grupos de trabajo es necesario adaptarlos a la señalización del bus en cuestión.
− Periféricos diseñados para ese bus no servían para ser usados en otros diseños con buses de otro tamaño. Por ejemplo: no servían para un bus de 16 o 32 bits sin ser adaptados.
5.6 Aplicaciones de buses.
Bus de Direcciones: Este es un bus unidireccional debido a que la información fluye es una sola dirección, de la CPU a la memoria ó a los elementos de entrada y salida. La CPU sola puede colocar niveles lógicos en las n líneas de dirección, con la cual se genera 2n posibles direcciones diferentes. Cada una de estas direcciones corresponde a una localidad de la memoria ó dispositivo de E / S. Los microprocesadores 8086 y 8088 usados en los primeros computadores
personales (PC) podían direccionar hasta 1 megabyte de memoria (1.048.576 bytes). Es necesario contar con 20 líneas de dirección. Para poder manejar más de 1 megabyte de memoria , en los computadores AT (con procesadores 80286) se utilizó un bus de direcciones de 24 bits, permitiendo así direccionar hasta 16 MB de memoria RAM (16.777.216 bytes). En la actualidad los procesadores 80386DX pueden direccionar directamente 4 gigabytes de memoria principal y el procesador 80486DX hasta 64 GB.
Bus de Datos: Este es un bus bidireccional, pues los datos pueden fluir hacia ó desde la CPU. Los m terminales de la CPU, de D0 - Dm-1 , pueden ser entradas ó salidas, según la operación que se esté realizando ( lectura ó escritura ) . en todos los casos, las palabras de datos transmitidas tiene m bits de longitud debido a que la CPU maneja palabras de datos de m bits; del número de bits del bus de datos, depende la clasificación del microprocesador.
personales (PC) podían direccionar hasta 1 megabyte de memoria (1.048.576 bytes). Es necesario contar con 20 líneas de dirección. Para poder manejar más de 1 megabyte de memoria , en los computadores AT (con procesadores 80286) se utilizó un bus de direcciones de 24 bits, permitiendo así direccionar hasta 16 MB de memoria RAM (16.777.216 bytes). En la actualidad los procesadores 80386DX pueden direccionar directamente 4 gigabytes de memoria principal y el procesador 80486DX hasta 64 GB.
Bus de Datos: Este es un bus bidireccional, pues los datos pueden fluir hacia ó desde la CPU. Los m terminales de la CPU, de D0 - Dm-1 , pueden ser entradas ó salidas, según la operación que se esté realizando ( lectura ó escritura ) . en todos los casos, las palabras de datos transmitidas tiene m bits de longitud debido a que la CPU maneja palabras de datos de m bits; del número de bits del bus de datos, depende la clasificación del microprocesador.
5.7 Comunicación
Un conversor ADC puede convertir un voltaje en un numero binario digital. Los conversores A/D son utilizados en cualquier lugar donde sea necesario procesar una señal, almacenarla o transportarla en forma digital.
La resolución del conversor indica el número de valores discretos que se pueden obtener dependiendo del rango del voltaje de entrada. Usualmente es expresado en bits. Los microcontroladores típicamente traen incorporador conversores de 8, 10, 12 o 16 bits. Por ejemplo un ADC que codifica una señal análoga de 256 valores discretos (0..255) tiene una resolución de 8 bits, ya que 2^8 = 256.
La resolución también puede ser definida en términos eléctricos, y expresada en volts. La resolución de un ADC es igual al mayor voltaje que se pueda medir dividido por el número de valores discretos.
La resolución del conversor indica el número de valores discretos que se pueden obtener dependiendo del rango del voltaje de entrada. Usualmente es expresado en bits. Los microcontroladores típicamente traen incorporador conversores de 8, 10, 12 o 16 bits. Por ejemplo un ADC que codifica una señal análoga de 256 valores discretos (0..255) tiene una resolución de 8 bits, ya que 2^8 = 256.
La resolución también puede ser definida en términos eléctricos, y expresada en volts. La resolución de un ADC es igual al mayor voltaje que se pueda medir dividido por el número de valores discretos.
UNIDAD 6 Interfaces
6.1 Conceptos básicos y clasificación.
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).
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.
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).
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.
6.3 Diseño y aplicación de interfaces
En general se utiliza este tipo de lenguaje para programar controladores (drivers). Ventajas: 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.
Aplicación: Actualmente la tecnología y el trabajo humano está 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.
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.
Aplicación: Actualmente la tecnología y el trabajo humano está 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.
6.2 Módulos de adquisición de datos.
La adquisición de datos o adquisición de señales, consiste en la toma de muestras del mundo real (sistema analógico) para generar datos que puedan ser
manipulados por un ordenador u otras electrónicas (sistema digital). Consiste, en tomar un conjunto de señales físicas, convertirlas en tensiones eléctricas y digitalizarlas de manera que se puedan procesar en una computadora o PAC. Se requiere una etapa de acondicionamiento, que adecua la señal a niveles compatibles con el elemento que hace la transformación a señal digital. El elemento que hace dicha transformación es el módulo de digitalización o tarjeta de Adquisición de Datos (DAQ).
manipulados por un ordenador u otras electrónicas (sistema digital). Consiste, en tomar un conjunto de señales físicas, convertirlas en tensiones eléctricas y digitalizarlas de manera que se puedan procesar en una computadora o PAC. Se requiere una etapa de acondicionamiento, que adecua la señal a niveles compatibles con el elemento que hace la transformación a señal digital. El elemento que hace dicha transformación es el módulo de digitalización o tarjeta de Adquisición de Datos (DAQ).
6.3.1 Hombre-máquina.
En términos generales, una interfaz es el punto, el área, o la superficie a lo largo de la cual dos cosas de naturaleza distinta convergen. Por extensión, se denomina interfaz a cualquier medio que permita la interjección de dos procesos diferenciados con un único propósito común. En software, una interfaz de usuario es la parte del programa informático que permite el flujo de información entre varias aplicaciones o entre el propio programa y el usuario. Metafóricamente se entiende la Interfaz como conversación entre el usuario y el sistema (o entre el usuario y el diseñador): durante muchos años se vio a la interacción como un diálogo hombre-máquina (para trabajar con una interfaz alfanumérica era
necesario conocer el "lenguaje" de la máquina). Desde una perspectiva semítica, los usuarios no dialogan con el sistema sino con su creador por medio de un complejo juego de estrategias (del diseñador y del usuario). En sentido amplio, puede definirse interfaz como el conjunto de comando y métodos que permiten la intercomunicación del programa con cualquier otro programa o elemento interno o externo. De hecho, los periféricos son controlados por interfaces. Para un mejor entendimiento de esta acepción pongamos un ejemplo. Si extrapoláramos este concepto a la vida real, podríamos decir que el teclado de un teléfono sería una interfaz de usuario, mientras que la clavija sería la interfaz que permite al teléfono comunicarse con la central telefónica. En software también se habla de interfaz gráfica de usuario, que es un método para facilitar la interacción del usuario con el ordenador o la computadora a través de la utilización de un conjunto de imágenes y objetos pictóricos (iconos, ventanas..) además de texto. Interfaz gráfica de usuario: En el contexto del proceso de interacción persona-computadora, la interfaz gráfica de usuario, es el artefacto tecnológico de un sistema interactivo que posibilita, a través del uso y la representación del lenguaje visual, una interacción amigable con un sistema informático. La interfaz gráfica de usuario (en inglés Graphical User Interface, GUI) es un tipo de interfaz de usuario que utiliza un conjunto de imágenes y objetos gráficos para representar la información y acciones disponibles en la interfaz.
necesario conocer el "lenguaje" de la máquina). Desde una perspectiva semítica, los usuarios no dialogan con el sistema sino con su creador por medio de un complejo juego de estrategias (del diseñador y del usuario). En sentido amplio, puede definirse interfaz como el conjunto de comando y métodos que permiten la intercomunicación del programa con cualquier otro programa o elemento interno o externo. De hecho, los periféricos son controlados por interfaces. Para un mejor entendimiento de esta acepción pongamos un ejemplo. Si extrapoláramos este concepto a la vida real, podríamos decir que el teclado de un teléfono sería una interfaz de usuario, mientras que la clavija sería la interfaz que permite al teléfono comunicarse con la central telefónica. En software también se habla de interfaz gráfica de usuario, que es un método para facilitar la interacción del usuario con el ordenador o la computadora a través de la utilización de un conjunto de imágenes y objetos pictóricos (iconos, ventanas..) además de texto. Interfaz gráfica de usuario: En el contexto del proceso de interacción persona-computadora, la interfaz gráfica de usuario, es el artefacto tecnológico de un sistema interactivo que posibilita, a través del uso y la representación del lenguaje visual, una interacción amigable con un sistema informático. La interfaz gráfica de usuario (en inglés Graphical User Interface, GUI) es un tipo de interfaz de usuario que utiliza un conjunto de imágenes y objetos gráficos para representar la información y acciones disponibles en la interfaz.
6.3.2 Máquina-Máquina
M2M (Machine to Machine o Máquina a Máquina) es un concepto genérico que se refiere al intercambio de información ocomunicación en formato de datos entre dos máquinas remotas.
Elementos fundamentales Los elementos fundamentales que aparecen en todos los entornos M2M son los siguientes:
Máquinas que gestionar: Gestión de flotas, Alarmas domésticas, TPV(Terminal Punto de Venta), Contadores de agua/gas/ electricidad, paneles informativos en carreteras, máquinas vending, telemantenimiento de ascensores, estaciones meteorológicas.
Dispositivo M2M: módulo conectado a una máquina remota y que provee de comunicación con el servidor. Usualmente, el dispositivo M2M también consta de capacidad de proceso donde se ejecuta la aplicación de negocio. Por una parte implementa el protocolo para poder comunicarse con la máquina y por otra parte implementa el protocolo de comunicación para el envío de información.
Servidor: Ordenador que gestiona el envío y recepción de información de las máquinas que gestiona. Habitualmente está integrado además con el core business de la empresa (ERP, Mapas GIS de trazabilidad de flotas de camiones, Sistema de pedidos, Centrales receptoras de alarmas, Helpdesk) de modo que la información recibida por el Servidor pasa a ser parte crítica del negocio.
Elementos fundamentales Los elementos fundamentales que aparecen en todos los entornos M2M son los siguientes:
Máquinas que gestionar: Gestión de flotas, Alarmas domésticas, TPV(Terminal Punto de Venta), Contadores de agua/gas/ electricidad, paneles informativos en carreteras, máquinas vending, telemantenimiento de ascensores, estaciones meteorológicas.
Dispositivo M2M: módulo conectado a una máquina remota y que provee de comunicación con el servidor. Usualmente, el dispositivo M2M también consta de capacidad de proceso donde se ejecuta la aplicación de negocio. Por una parte implementa el protocolo para poder comunicarse con la máquina y por otra parte implementa el protocolo de comunicación para el envío de información.
Servidor: Ordenador que gestiona el envío y recepción de información de las máquinas que gestiona. Habitualmente está integrado además con el core business de la empresa (ERP, Mapas GIS de trazabilidad de flotas de camiones, Sistema de pedidos, Centrales receptoras de alarmas, Helpdesk) de modo que la información recibida por el Servidor pasa a ser parte crítica del negocio.
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