Diseño, programación e implementación de interruptor electrónico con sensor magnético para el control de los sistemas electrónico y de ignición de avión acrobático de radiocontrol

TRABAJO FIN DE GRADO -“Diseño, programación e implementación de interruptor electrónico con sensor magnético para el control de los sistemas electrónico y de ignición de avión acrobático de radiocontrol”- RUBÉN BLANCO FERNÁNDEZ Grado en Ingeniería de Tecnologías Específicas de Telecomunicación, ETSIT, Universidad de Valladolid 2 Índice de Contenidos DATOS DEL PROYECTO .................................................................................................................. 3 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 4 PLANTEAMIENTO DEL PROYECTO ................................................................................................. 6 DISEÑO .......................................................................................................................................... 7 CÓDIGO (PROGRAMA) .................................................................................................................. 9 SIMULACIONES ............................................................................................................................ 11 MONTAJE EN CIRCUITO REAL CON PROTOBOARD ..................................................................... 12 DISEÑO DEL CIRCUITO EN PLACA PCB ......................................................................................... 13 REFERENCIAS ............................................................................................................................... 14 3 DATOS DEL PROYECTO El TFG cuya memoria se presenta a continuación lleva por título “Diseño, programación e implementación de interruptor electrónico con sensor magnético para el control de los sistemas electrónico y de ignición de avión acrobático de radiocontrol”. Se trata de un proyecto desarrollado por Rubén Blanco Fernández, como trabajo de fin de grado del Grado en Ingeniería de Tecnologías Específicas de Telecomunicación, mención en sistemas electrónicos, de la ETSIT, Universidad de Valladolid, bajo la tutorización de Jesús Arias. 4 INTRODUCCIÓN El aeromodelismo es una afición y un deporte derivado de la técnica de construcción y vuelo de aeroplanos de pequeño, mediano y gran tamaño, denominados aeromodelos, que han sido preparados para volar sin tripulación. En 1936 la «Federación de Aeronáutica Internacional» lo incorporó como una sección de la aviación deportiva, publicando un código deportivo internacional. La faceta científica de esta afición comprende el estudio de la aerodinámica, la mecánica, el diseño y proyecto de modelos de aviones y su construcción. Mientras que la parte deportiva consiste en hacer volar a los aparatos de distintas maneras, según el tipo de aeromodelo. Los aeromodelos suelen hacerse a escala, bien como réplica lo más exacta posible de otros existentes, bien exclusivamente para aeromodelismo o incluso diseños de prueba para futuros aviones reales. [1] El aeromodelismo es una de mis aficiones, y en las maquetas teledirigidas de las que dispongo cabe hacer una mejora en el sistema de control de la ignición y del sistema electrónico del avión propiamente dicho. Este sistema de control será diseñado e implantado en un avión acrobático de tren fijo, ala intermedia, propulsado por un único motor monocilíndrico de combustión de explosión de 2 tiempos con una cilindrada de entre 30 y 50 centímetros cúbicos, propulsado por una hélice de paso fija de diámetro entre 16 y 23 pulgadas fabricada en madera tratada o carbono, como se puede apreciar en las imágenes 1 y 2. Esto es lo que se ha realizado en este TFG y que se documenta a continuación en la memoria. 5 Imagen 1 [2] Imagen 2 [2] 6 PLANTEAMIENTO DEL PROYECTO Se pretende realizar un interruptor electrónico de manera que al acercar un imán a un sensor, y solo cuando permanezca cerca durante al menos 3 segundos, si la electrónica del avión estaba apagada, se encienda, y si estaba encendida, se apague, así como la ignición debe encenderse si estaba apagada y apagarse si estaba encendida. El objetivo de esto es lograr un sistema práctico de encendido de la electrónica del avión y de la ignición, sin necesidad de conectar para encender y desconectar para apagar. De esta manera, ambos sistemas pueden ser conectados antes de ir al campo de vuelo, y una vez allí tan solo es necesario acercar durante 3 segundos el imán para encenderlos, y luego para apagarlos, no siendo necesario tampoco desconectar físicamente cada vez que se finalice un vuelo si después se va a realizar otro. El motivo de que el imán se deba acercar durante al menos 3 segundos es evitar apagados indeseados. 7 DISEÑO El diseño del proyecto es el representado en la figura 3, al cual se le conectará entre los terminales Vin+ y Vinla batería del avión, la cual proporciona una tensión de 7,4V; y entre los terminales de salida + y – el sistema electrónico y el sistema de ignición del avión, en paralelo uno con el otro. Figura 3 [2] El programa diseñado será almacenado y ejecutado por un microcontrolador PIC 12F683, y para ello se empleará la programadora PICkit 2 de Microchip (ver figuras 4 y 5). Este PIC trabaja con una tensión de alimentación de 5V, mientras que las baterías que alimentan la electrónica del avión proporcionan una tensión de salida de 7,4V. Por ello, será necesario introducir un regulador de tensión que convierta estos 7,4V en 5V para alimentar el PIC. Hemos empleado un regulador MCP1702-50. También será necesario un interruptor magnético, para lo cual emplearemos un interruptor magnético reed normalmente abierto. Necesitaremos también un MOSFET para el control del sistema electrónico y para el control de la ignición. El MOSFET elegido ha sido el STP80NF55. Se trata de un NMOS, que con la configuración elegida presenta cierta caída de tensión, pero esto no supone ningún problema para nuestra aplicación, pues tanto el sistema electrónico como el de ignición disponen internamente de un estabilizador a 4,8V. 8 Figuras 4 y 5 [2]-Programación del PIC 9 CÓDIGO (PROGRAMA) El funcionamiento principal del programa se basa en un bucle que decrementa el valor de una variable, a la que he llamado “vueltas”, mientras el valor de la entrada es “0”, es decir, mientras el imán esté acercado al interruptor magnético. El bucle está diseñado de tal manera que la variable llegue al valor “0” cuando el imán lleve 3 segundos pegado al interruptor magnético. Al llegar a “0”, se cambia el valor lógico de las salidas utilizando una instrucción XOR. De esta manera, si las salidas antes tenían 5V, pasarán a tener 0V, y viceversa (inicialmente en las salidas hay 0V). En el momento en que se separe el imán, se reinicia el valor de la variable “vueltas” al valor inicial. Para lograr el comportamiento deseado, antes de nada ha sido necesario configurar adecuadamente las entradas, salidas, OPTION_REG, así como configurar un perro guardián. Y para ello, se ha debido cambiar entre bancos de registros con el registro STATUS, ya que este PIC posee dos bancos de registros, el 0 y el 1. A continuación, se presenta el código completo del programa: