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Proyecto Fin de Carrera DESARROLLO DE UN SISTEMA DE SENSORIZACIÓN PARA MOTOS DE COMPETICIÓN Autor: Alfredo Ferrando Sixtac Director: Roberto Casas Nebra Codirector: Álvaro Marco Marco Titulación: Ingeniería Industrial ESCUELA DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA Noviembre de 2013 RESUMEN En la actualidad, la base de la competición del motor consiste en el uso de tecnologías punteras para marcar mínimas diferencias con los rivales. Uno de los usos es la toma de datos y análisis de distintos parámetros del vehículo para detectar fallos en su comportamiento o en el del piloto. Este cometido lo realizan unos dispositivos denominados datalogger. En el presente proyecto se ha desarrollado un datalogger en fase de prototipo para motocicletas. En concreto, debido a sus prestaciones, se dirige tanto al uso por parte de aficionados que deseen acercarse más a la competición, como a equipos que compitan en categorías bajas y deseen minimizar costes. El sistema será capaz de tomar datos de valores de distintos canales analógicos y digitales a diferentes velocidades, procesarlos y enviarlos a un Smartphone para su almacenamiento. Para ello se diseña una parte de hardware, para el tratamiento de la señal y se programa el firmware de un microcontrolador. Para analizar la aptitud del producto de cara a comercializarse se realiza un estudio detallado de mercado en el que se evalúa de manera más precisa la viabilidad del producto, así como un plan financiero y comercial presentado para el concurso IDEA en febrero de 2013 con la intención de encontrar financiación para llevar a cabo el proyecto. El presente proyecto surge de la observación del mercado de este tipo de productos y del estado actual de la técnica en cuanto a tiempo de desarrollo de prototipos electrónicos y digitales funcionales. Como se desarrollara más adelante, los productos relacionados con el producto desarrollado están en rangos de precios elevados, lo cual lo hace casi inaccesible a personas que lo vayan a utilizar como mejora del divertimiento en una afición, algo secundario. Por otro lado, actualmente ha proliferado una gran cantidad de dispositivos embebidos comerciales que incorporan gran cantidad de funciones para las cuales se necesitarían grandes conocimientos y que están resueltas realizando pocos pasos. Estos dispositivos también incluyen dispositivos y módulos que permiten comunicaciones avanzadas o lecturas de variables físicas. En un apartado personal, el presente proyecto sirve como afianzamiento de los conocimientos adquiridos en el segundo ciclo de Ingeniería Industrial en el ámbito de la electrónica y los sistemas de comunicación, ya que proviniendo de la Ingeniería técnica mecánica, se produce un gran vacío en este campo, y actualmente, cualquier maquinaria necesita conocimientos de ambas especialidades. Proyecto Fin de Carrera DESARROLLO DE UN SISTEMA DE SENSORIZACIÓN PARA MOTOS DE COMPETICIÓN Autor: Alfredo Ferrando Sixtac Director: Roberto Casas Nebra Codirector: Álvaro Marco Marco Titulación: Ingeniería Industrial ESCUELA DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA Noviembre de 2013 Memoria 2 MEMORIA Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición 3 ÍNDICE MEMORIA .................................................................................................................. 2 ÍNDICE ....................................................................................................................... 3 ÍNDICE DE FIGURAS .................................................................................................. 4 1. INTRODUCCIÓN. ................................................................................................... 5 1.1. Resumen del proyecto. ............................................................................................. 5 1.2. Motivación. ............................................................................................................... 6 1.3. Objetivos y alcance. ................................................................................................. 6 1.4. Cronograma. ............................................................................................................ 7 1.5. Desglose de la memoria ........................................................................................... 8 2. DISEÑO. ............................................................................................................... 10 2.1. Antecedentes. ......................................................................................................... 10 2.2. Descripción del dispositivo objeto de diseño. ........................................................ 11 2.3. Requisitos y funcionalidades del diseño. ............................................................... 13 2.4. Flyport .................................................................................................................... 14 2.5. Arquitectura del sistema. ....................................................................................... 15 2.5.1. Hardware. ......................................................................................................................................................... 15 2.5.2. Firmware. .......................................................................................................................................................... 16 3. DESARROLLO DEL HARDWARE. ......................................................................... 18 3.1. Módulo Datalogger. ............................................................................................... 18 3.1.1. Tratamiento de entradas analógicas. .................................................................................................... 18 3.1.2. Tratamiento de entradas digitales. ......................................................................................................... 18 3.1.3. Protecciones. ................................................................................................................................................... 20 3.1.4. Acondicionamiento de la alimentación. .............................................................................................. 22 3.1.5. Control de los leds. ........................................................................................................................................ 22 3.1.6. Circuitos adicionales. ................................................................................................................................... 23 3.2. Módulo del emisor IR del sensor de paso por meta ............................................... 23 3.2.1. Alimentación. .................................................................................................................................................. 23 3.2.2. Generación de la señal. ............................................................................................................................... 24 3.3. Diseño de las PCB's. ................................................................................................ 25 3.3.1. Datalogger. ...................................................................................................................................................... 25 3.3.2. Emisor de IR. .................................................................................................................................................... 26 3.4. Sensores desarrollados. ......................................................................................... 27 3.4.1. Sensor de posición de la suspensión delantera y trasera. ............................................................. 27 3.4.2. Sensor de velocidad. .................................................................................................................................... 28 3.4.3. Sensor de revoluciones. .............................................................................................................................. 29 3.4.4. Detector de paso por meta. ...................................................................................................................... 29 4. DESARROLLO DEL FIRMWARE. ........................................................................... 30 4.1. Configuración. ........................................................................................................ 30 4.2. FreeRTOS. ............................................................................................................... 30 4.3. Programación temporal ......................................................................................... 31 Memoria 4 4.4. Módulos del Firmware. ........................................................................................... 32 4.4.1. Conversión ADC. ............................................................................................................................................ 32 4.4.2. Captura de señal y filtrado de paso por meta. ................................................................................... 33 4.4.3. Interrupciones de RPM y sensor de velocidad. .................................................................................. 33 4.4.4. Control de los leds. ........................................................................................................................................ 34 4.4.5. Lectura de comandos de entrada. .......................................................................................................... 34 4.4.6. Comunicaciones con elSmartphone. ..................................................................................................... 34 4.4.7. Comunicación con el GPS. ......................................................................................................................... 35 4.4.8. Gestión de energía. ....................................................................................................................................... 36 5. DESARROLLO DE LA CARCASA DEL DISPOSITIVO. ............................................. 38 6. VIABILIDAD COMERCIAL. .................................................................................... 40 7. CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO. ................................................................ 41 ANEXOS ................................................................................................................... 43 INDICE DE ANEXOS ................................................................................................. 44 ÍNDICE DE FIGURAS Fig. 1. Cronología de tareas. ..................................................................................................................................... 7 Fig. 2. Esquema de funcionamiento de un datalogger comercial AIM Sportline. ........................... 10 Fig. 3. Esquema de funcionamiento del sistema de sensorización diseñado. .................................. 12 Fig. 4. Flyport Wi-Fi. .................................................................................................................................................. 14 Fig. 5. Esquema funcional del hardware. ......................................................................................................... 15 Fig. 6. Esquema funcional del emisor de Infrarrojos. .................................................................................. 16 Fig. 7. Arquitectura del firmware. ........................................................................................................................ 17 Fig. 8. Esquema entrada analógica. .................................................................................................................... 18 Fig. 9. Voltaje de salida inicial en función del voltaje de alimentación. ............................................... 18 Fig. 10. Esquema sensor de velocidad. ............................................................................................................. 19 Fig. 11. Esquema sensor de RPM. ........................................................................................................................ 20 Fig. 12. V e I durante un uso correcto. ............................................................................................................... 21 Fig. 13. V e I a máximo voltaje. ............................................................................................................................. 21 Fig. 14. Esquema alimentación. ........................................................................................................................... 22 Fig. 15. Esquema Control leds. ............................................................................................................................. 23 Fig. 16. Esquema alimentación leds. .................................................................................................................. 24 Fig. 17. Generación de la señal de los IR. .......................................................................................................... 24 Fig. 18. Placa montada en la motocicleta. ....................................................................................................... 26 Fig. 19. Placa del emisor de IR montada en su carcasa. .............................................................................. 26 Fig. 20. Sensor de posición 2D. ............................................................................................................................ 27 Fig. 21. SoftPot. .......................................................................................................................................................... 28 Fig. 22. Sensor de velocidad diseñado. ............................................................................................................. 29 Fig. 23. Diagrama de ejecución del programa. .............................................................................................. 32 Fig. 24. Render 1. ....................................................................................................................................................... 39 Fig. 25. Render 2. ....................................................................................................................................................... 39 Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición 5 1. INTRODUCCIÓN. 1.1. Resumen del proyecto. En la actualidad, la base de la competición del motor consiste en el uso de tecnologías punteras para marcar mínimas diferencias con los rivales. Uno de los usos es la toma de datos y análisis de distintos parámetros del vehículo para detectar fallos en su comportamiento o en el del piloto. Este cometido lo realizan unos dispositivos denominados datalogger. Como toda tecnología punta, su utilización requiere de un coste elevado, sobre todo desde la perspectiva de un usuario aficionado o equipos de categorías bajas, y para extraer el máximo rendimiento, además de experiencia, se necesita conocimientos de ingeniería en diversos campos. En el presente proyecto se ha desarrollado un datalogger en fase de prototipo para motocicletas. En concreto, debido a sus prestaciones, se dirige tanto al uso por parte de aficionados que deseen acercarse más a la competición, como a equipos que compitan en categorías bajas y deseen minimizar costes. La mejora del precio final se ha conseguido a través de dos vías. El uso de elementos comerciales en la medida de lo posible, y la inclusión de un Smartphone en la arquitectura, traspasando tiempo de procesamiento a un sistema más potente del que actualmente todo el posible cliente dispone. El sistema será capaz de tomar datos de valores de distintos canales analógicos y digitales a diferentes velocidades, procesarlos y enviarlos a un Smartphone para su almacenamiento. Para ello se diseña una parte de hardware, para el tratamiento de la señal y se programa el firmware de un microcontrolador. Los sensores a los que está conectado el datalogger, alguno de los cuales también se ha desarrollado, serán capaces de medir las siguientes variables:  Revoluciones.  Velocidad.  Temperatura motor.  Tiempo de vuelto.  Suspensiones.  Dos entradas analógicas más para lo que se desee. Este dispositivo no podría funcionar sin la parte de software que reciba esos datos en un Smartphone, los trate y los muestre, además de un software específico para ordenador con el que poder analizar esos datos y extraer un beneficio de la información obtenida. De esta parte se encarga Ángel Álvarez Menéndez, estudiante de Ingeniería de Telecomunicaciones, especialidad en Telemática, por la Universidad de Oviedo, y que lo utilizara también como proyecto final de carrera. Conjuntamente se desarrollaran ambas partes y se realizara una puesta en común de la validez del prototipo y de las funcionalidades necesarias que se le deban aportar. Para analizar la aptitud del producto de cara a comercializarse se realiza un estudio detallado de mercado en el que se evalúa de manera más precisa la viabilidad del Memoria 12 Fig. 3. Esquema de funcionamiento del sistema de sensorización diseñado. El sistema de adquisición y envío es el datalogger, el cual recibe los datos y realiza un tratamiento previo. El cambio fundamental es que el logger no almacena los datos, sino que los envía al Smartphone a través de Wi-Fi utilizando el protocolo de comunicación UDP. Para ello se utiliza como unidad principal un Flyport, que básicamente es una placa comercial que se compone de un microcontrolador PIC24 de Microchip y un módulo de comunicación Wi-Fi 802.11 b/g/n. En el siguiente apartado se detallan sus características. El Flyport está conectado a la placa diseñada en la que se conecta y se tratan los datos antes de ser muestreados por el micro. Posteriormente los datos se envían por UDP al Smartphone, el cual, debe tener activada la función de router para que el datalogger se conecte a él. Cabe la posibilidad de enviarse a cualquier dispositivo si el datalogger se configura para conectarse a un router convencional y el dispositivo receptor esté dentro de la red local, aunque la ventaja de conectarse al Smartphone es que no se pierde la recepción de datos debido a la distancia. El Smartphone actúa como memoria de la información y a la vez como display, mostrando variables necesarias para el piloto como revoluciones, velocidad, temperatura, etc. Por último, en el ordenador se analizarían los datos almacenados en el Smartphone al cual son transferidos una vez finalizada la sesión o mientras esta en pista a través de 3G. Los sensores seleccionados pueden ser sustituidos por otros que se desee en el caso de entradas analógicas. Las entradas digitales tienen su propio hardware por lo que solo se puede conectar su tipo de sensor. Utilizando el móvil para tratar los datos y almacenarlos se consigue que un dispositivo con menos prestaciones y elementos más baratos consiga igualar las prestaciones de un producto mucho más caro. Para ello se utilizan las prestaciones superiores de cualquier Smartphone actual que todo el mercado potencial al que va Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición 13 dirigido este producto dispone y queda como tarea ardua, la acomodación de los sensores y el control de que las señales que se reciben sean correctas. 2.3. Requisitos y funcionalidades del diseño. El diseño habrá de cumplir las siguientes características para considerarse su aptitud de cara a un modelo comercial Se debe disponer de varias entradas analógicas a alta frecuencia, en torno a 100 Hz para la lectura de los sensores de la suspensión principalmente, ya que su velocidad de cambio de estado es elevada. Estas entradas están limitadas por el microcontrolador usado a 10bits de resolución, que es suficiente en comparación con los dispositivos comerciales existentes Sera necesario que sea capaz de medir correctamente la velocidad, revoluciones y paso por meta. Estas tres variables usan entradas digitales y se diseñaran los sensores para su correcta medición. En el caso del sensor de paso por meta se diseñará un emisor de infrarrojos el cual servirá de disparador para el receptor. Debido a que se leen gran cantidad de sensores de distinta índole es muy probable que se produzca interferencia entre ellos. El mayor problema vendrá a través del sensor de revoluciones del motor, ya que, como se explicara más adelante, se realiza utilizando un acoplamiento capacitivo, con lo que se pueden producir picos de tensión. Por ello, se habrá de asegurar el aislamiento de las distintas entradas para que no interfieran entre ellas. Así pues, es importante asegurar la calidad de las señales recibidas. También cabe la posibilidad de un mal uso del aparato, por lo que se deberá proteger la circuitería de usos indebidos de las entradas. Para ello se tendrá en cuenta las situaciones que puedan provocar fallos dentro de un uso convencional, pero no se tendrá en cuanta un mal uso intencionado. Durante el tiempo de funcionamiento, la pérdida de datos es crítica ya que afectara a la información disponible de cara a la mejora de la experiencia. La estabilidad del programa es esencial en ese aspecto y deberá ser corroborada con pruebas reales en funcionamiento. Para ello se ha de optimizar al máximo las funciones que realiza el microcontrolador, disminuyendo en la medida de lo posible el tráfico de datos y gestionando el tiempo de ejecución de estas. La robustez mecánica es un requisito clave ya que al ir montado en una maquina que se desplaza a gran velocidad incidiéndole las irregularidades del terreno y que sus sistemas de motricidad generan gran cantidad de vibraciones aran que tanto sus componentes, como sus anclajes, sufran un gran esfuerzo mecánico. La estética es clave de cara a una posible comercialización ya que es la primera impresión que se lleva un posible comprador. Las dimensiones estarán dentro de las que tienen otros dispositivos que estén a la venta actualmente. Por ello se diseñara una carcasa teniendo en cuenta estas dos claves. Deberá ser capaz de aguantar al menos una hora en funcionamiento sin que se acabe la batería ya que es un tiempo considerable que una persona puede aguantar subido a una moto en carrera. La posibilidad de alimentarse de la motocicleta queda Memoria 14 descartada ya que muchos modelos de competición, sobre todo de dos tiempos, no disponen de una salida de corriente al no tener que alimentar luces. 2.4. Flyport Para implementar el dispositivo, se ha seleccionado una placa comercial denominada Flyport Wi-Fi que condiciona la arquitectura del sistema. Flyport Wi-Fi es un modulo que integra un potente procesador de 16 bits y 256 Kb de memoria Flash y un transceptor Wi-Fi, comercializado por la empresa Openpicus con base en Italia. Fig. 4. Flyport Wi-Fi. El dispositivo fue desarrollado por unos estudiantes de ingeniería electrónica con el objetivo de comercializar un dispositivo embebido con el que fuera fácil comunicar un microprocesador con el mundo exterior. Los protocolos de comunicación están controlados por el sistema operativo de software libre FreeRTOS, haciendo posible que en pocas líneas de código, el dispositivo se conecte a internet o cualquier red Wi-Fi y realice tareas como servidor de páginas web, de correo electrónico o actualización de estado de páginas web a través de aplicaciones AJAX. Para su programación se utiliza el software libre de Openpicus, en el que se han incluido múltiples funciones (timers, PWM, muestreo analógico, comunicación UART,…) para disminuir si cabe aun más el tiempo de desarrollo. Este software vuelca los datos en el microprocesador a través de un bootloader, que es un pequeño programa que se arranca cuando el Flyport se inicializa y permanece en espera ante un mensaje especial por el puerto serie. Cuando lo recibe, entiende que se desea reprogramar el micro, por lo que lee los comandos que llegan por el puerto serie y los escribe en la memoria del microcontrolador. De esta manera, el micro puede escribirse a sí mismo el código enviado sin necesidad de un sistema de desarrollo del fabricante. Estas son algunas de las características de la placa:  Procesador de 16 Bit PIC24FJ256, 256K Flash,16kb Ram,16Mips@32Mhz  Transceptor 802.11 b/g/n Wi-Fi con certificación MRF24WB0MB  Alimentación a 5V o 3,3V  Reloj RTC de 32,768 KHz integrado en la placa  18 pines digitales I/O, remapables en funcionamiento Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición 15  4 conversores ADC de 10 bits con Vref=2,048V  Comunicaciones a través de 4 UARTs, SPI y I2C  Conector estándar macho de 26 pines en 2 filas a 2,54mm Actualmente se comercializan tres versiones del mismo, la presente, otra que se comunica a través de 3G y por último, una versión con conector RJ45. Para su instalación se utiliza el zócalo hembra compatible con su conector. Las medidas del Flyport son 35 x 48 x 15 mm. 2.5. Arquitectura del sistema. 2.5.1. Hardware. La característica más importante que se debe cumplir en un datalogger es que las señales que muestreen, estén completas, es decir, falten la cantidad menor posible y que perturbaciones externas no interfieran en ellas provocando ruido. Por ello, el diseño de la placa se ha de hacer en todo momento pensando en ello. El esquema funcional del hardware es el siguiente: Fig. 5. Esquema funcional del hardware. Cada sensor analógico tiene la entrada con un divisor de tensión para acomodar la señal al rango de lectura y un condensador que indica el propio microcontrolador en su manual para evitar ruidos y generar la corriente necesaria para una lectura rápida. En el caso que se quiera conectar algún sensor distinto de los prefijados se deberá añadir resistencias externamente. Sensor de temperatura Sensores de suspensión x2 Sensores analógicos restantes x2 Sensor de velocidad Sensor de revoluciones Sensor de paso por meta Divisor de tensión y filtro Divisor de tensión y filtro Amplificador y monoestable Monoestable Divisor de tensión y filtro FLYPORT Conversor serie-paralelo BATERIA +/- Regulador de tensión Memoria 16 El sensor de temperatura es de tipo NTC y los demás son dispositivos que varían la resistencia, ya sea a través de potenciómetros también, o conversores DAC. Los sensores digitales están conectados a etapas para convertir la señal a pulsos de duración determinada y filtrando los rebotes. El sensor de velocidad es un sensor magnético, que detecta pulsos cuando pasa un imán colocado en la rueda. El señor de revoluciones es un cable enrollado en el cable de alta tensión del encendido de la motocicleta, de esta forma se produce un acoplamiento capacitivo que hace que se suba de tensión. Un monoestable, realiza la filtración de los rebotes. El sensor de paso por meta entra directamente al Flyport. El sensor está compuesto por un receptor de Infrarrojos a 38 kHz para filtrar posibles ruidos debido a la irradiación de la luz. Una batería está conectada a un regulador de tensión lineal que saca una tensión de 5v. Por último, un conversor serie paralelo controlado por el Flyport, controla los leds dos a dos simétricamente desde los extremos para indicar al piloto cuando cambiar de marcha. El emisor de Infrarrojos también requiere de la fabricación de una placa ya que se debe emitir a 38 kHz y además se ha de hacer que la señal de cada aparato sea distintiva, pues si hubiera dos aparatos funcionando a la vez en un circuito, podría dar pie a confusión a los receptores. Fig. 6. Esquema funcional del emisor de Infrarrojos. El emisor dispone de dos astables en serie NE555 para control de la señal. El que funciona a 38 kHz es el encargado de que el emisor reciba la frecuencia correcta de encendido para que el receptor los lea y el regulable es para que active y desactive el emisor a una frecuencia determinada a la cual se configura el receptor y así se reconoce el emisor perteneciente al datalogger. El regulador de voltaje proporciona una tensión de 5V alimentado por una pila AA. 2.5.2. Firmware. El firmware del Flyport se compone fundamentalmente de cuatro apartados principales, los cuales se subdividen en subtareas más pequeñas. Astable a frecuencia regulable Astable a 38 kHz Emisor de infrarrojos Regulador Step-up BATERIA Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición 17  Conexión a la Wi-Fi del Smartphone y mantenimiento de la comunicación.  Muestreo de las entradas analógicas y digitales.  Actualización de estado de los leds de indicación de RPM.  Otras funciones en segundo plano gestionadas por el sistema operativo que garantizan la estabilidad del microprocesador y de las comunicaciones. Algunas funciones se desarrollan de forma secuencial y otras paralelamente. Las funciones del sistema operativo se ejecutan en un segundo plano gestionando los recursos del microcontrolador y manteniendo las conexiones con la Wi-Fi. La configuración inicial de registros esta predefinida en la parte de la librería del Flyport y es controlada por el sistema operativo aunque puede ser modificada. Al alimentar el Flyport se produce el arranque del sistema operativo que por defecto inicializa el microcontrolador, sus entradas y salidas, y configura las comunicaciones. En primer lugar se conecta al router al cual ha sido configurado. Una vez se conecta, se abre los puertos UDP en modo servidor por el cual manda los datos en streaming. Una vez se ha conectado, se declaran las variables y se configuran los registros necesarios para las funciones, interrupciones y timers que van a ser utilizados. Con todas las condiciones anteriores cumplidas comienza a leer datos y transmitirlos a través del puerto UDP. A su vez, se actualiza el estado de los leds en función del último registro de las revoluciones. En la figura 7 aparece el esquema principal de las funciones anteriormente citadas que realiza el firmware. Fig. 7. Arquitectura del firmware. Arranque del sistema operativo Muestreo periódico y eventual Funciones en segundo plano Establecimiento de comunicaciones Actualización periódica de los leds Mantenimiento de comunicaciones Memoria 18 3. DESARROLLO DEL HARDWARE. 3.1. Módulo Datalogger. 3.1.1. Tratamiento de entradas analógicas. Existen 5 entradas analógicas para distintos tipos de sensores pero en todas ellas se realiza el mismo tratamiento. Se realiza la acomodación variando el divisor de resistencia en función del rango de resistencia del sensor. Excepto el sensor de temperatura, que tiene una resistencia de 1470Ω, y otro que no tiene divisor para acomodarse externamente, los demás tienen un divisor de 6.875kΩ (22kΩ y 10kΩ en paralelo).También se incluye un condensador de 0,1µF indicado por el datasheet del microcontrolador para cargar el condensador del ADC más rápido. Excepto en la entrada sin divisor, el circuito fundamental es el siguiente: Fig. 8. Esquema entrada analógica. 3.1.2. Tratamiento de entradas digitales. Sensor de velocidad: El sensor de velocidad es de tipo Hall. Emite una señal de voltaje inicial la cual varía en función del voltaje de alimentación. La figura 8 muestra el voltaje de salida cuando está en reposo en función del voltaje con el que es alimentado. Fig. 9. Voltaje de salida inicial en función del voltaje de alimentación. Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición 19 En nuestro caso es 5V por lo que la salida en estado nulo será aproximadamente de 2,6V. Cuando detecta una cambio en el flujo magnético de su alrededor el sensor aumenta o disminuye el voltaje en función de la dirección del flujo. Para acomodar la señal y que al final, por cada paso del imán instalado en la rueda, se produzca un pulso en el Flyport, se ha diseñado el siguiente esquema. Fig. 10. Esquema sensor de velocidad. En primer lugar la señal entra en uno de los amplificadores operacionales de un LM358 en el que se resta la señal para que sea cercana a 0 en reposo y se amplifica, ya que la variación del sensor es de unos pocos milivoltios. Después se introduce en el segundo AO en el que funciona como comparador y pasa de 0 a 1 en un valor determinado por el divisor de tensión R8-R9. Se han utilizado resistencias altas para que no circule apenas corriente y caiga el sensor, y el potenciómetro para ajustar a 0 con precisión el valor restado ya que se emplean resistencias de 20% de tolerancia. En la última etapa se introduce la señal en uno de los monoestables del HCF4538 para eliminar rebotes y hacer que permanezca en alto el tiempo suficiente como para que se sobrepase el imán de la rueda. Con C2 y R10 se controla el tiempo en alto. Sensor de revoluciones: El sensor de revoluciones es simplemente un cable enrollado en el cable de alta tensión del encendido de la motocicleta. Esta disposición crea un acoplamiento capacitivo, que es la transferencia de energía eléctrica entre dos conductores a través de un dieléctrico debido a la capacitancia existente entre ambos. Este fenómeno varía principalmente en función de estos factores:  La distancia entre los cables y la longitud de los cables que corren en paralelo.  La distancia entre los cables y la referencia (masa).  La impedancia de entrada del circuito que se desea acoplar (circuito de alta impedancia de entrada son más efectivos).  El aislamiento de los cables. Memoria 20 El acoplamiento que se produce es de unos pocos picoFaradios pero como la tensión de la bujía es de más de 5000V, se capta una señal clara. El esquema es el siguiente: Fig. 11. Esquema sensor de RPM. En el esquema se observa cómo, en primer lugar, la señal pasa por un diodo. Su función es la de no dejar pasar el pico que se produce cuando baja la tensión del encendido que produce una señal negativa y de filtrar los posible picos inferiores a 0,6V, que es la caída del diodo. R1 y C1 determinan la duración en alto del monoestable. La señal de salida se introduce directamente al Flyport. Sensor de paso por meta. Al ser externo se explica en el apartado de sensores. El sensor se conecta a la placa pero no se realiza ningún tratamiento y está conectado directamente al Flyport 3.1.3. Protecciones. Las protecciones se han diseñado teniendo en cuenta que se pueden producir sobretensiones debidas a un mal uso no intencionado. Hay que distinguir entre las protecciones de las entradas digitales y de las analógicas. Las entradas analógicas soportan 3,3V antes de destruirse por lo que se debe asegurar que no se sobrepase esa tensión en ningún momento. El dispositivo tiene salidas de 3,3V y de 5V para alimentación de los sensores, por lo que se podría dar el caso de que se conectara la entrada a 5V. También se podría alimentar con voltajes externos mayores pero no se tiene en cuenta ya que se considera un mal uso intencionado. Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición 21 La malla de protección se presenta a continuación en uso correcto (Figura 12) y conectado a 5v (Figura 13): Fig. 12. V e I durante un uso correcto. Fig. 13. V e I a máximo voltaje. El nudo entre los diodos D1 y D2 estaría conectado al Flyport. Como se observa, para una tensión a la entrada de 5V, al Flyport le llegarían 2,8V, valor que está dentro de su tolerancia, pero en la figura once se aprecia que el voltaje corresponde con el de la fuente que simula un sensor conectado. Cuando se supera los 2.344V del voltaje de referencia de la protección el diodo D1 empieza a conducir y la resistencia R3 va produciendo una caída de tensión impuesta por la Referencia. El inconveniente de este circuito es que siempre está consumiendo aunque apenas supera el miliamperio para una entrada de 0V. Por supuesto este circuito debe localizarse después de las resistencias de acomodación a la referencia ya que si no R3 distorsionaría la señal. El diodo D2 se utiliza para anular las corrientes inversas que se puedan producir. Para la protección de las señales digitales se debe evitar que se sobrepasen los 5V. El sensor de velocidad no puede superarlos ya que no tiene otra fuente de mayor tensión pero el de revoluciones produce picos de tensión que podrían afectar al integrado. Para ello se dispone un diodo conectando la señal a Vcc para que no sobrepase ese valor más la caída del diodo. Memoria 28 Un SoftPot es una resistencia variable cuyo valor es directamente proporcional con la distancia al extremo del punto en el que se le aplica una leve presión. Los hay de diferentes formas y tamaños, pero utilizando uno de la forma apropiada como el de la figura 20, de geometría rectangular, se puede fabricar un potenciómetro de posición lineal. Este sistema, según el fabricante, se puede utilizar para medir posición en maquinaria que necesita de una alta precisión y a altas velocidades, por lo que se considera apto para la aplicación requerida. Fig. 21. SoftPot. El SoftPot ira introducido dentro de un tubo de aluminio pegado a una base plana, ya que por el otro lado lleva pegamento. Una varilla de acero de 4mm ira unida a un sistema compuesto por una esfera empujada por un muelle con la presión suficiente para que actúe sobre el SoftPot. En ambos extremos, tanto de la varilla como del tubo, se colocara también una rotula comercial. Este sistema presenta la ventaja de que el sistema que genera la variación de resistencia no es fabricado especialmente para el sensor por lo que ronda los 10€ y el coste se abarata considerablemente. El problema es que las dimensiones resultantes de la carcasa son mayores, aunque la única implicación negativa de esto es estética. 3.4.2. Sensor de velocidad. El sensor de velocidad se compone de dos partes, un imán colocado en la llanta, y un sensor que detecta el paso del imán por delante de él. Para el imán se ha utilizado uno fabricado de Neodimio-hierro-boro de forma rectangular y poco espesor, con unas dimensiones de 8x20x1mm. Este tipo de imanes tiene un campo magnético elevado en relación con su tamaño y son muy difíciles de desmagnetizar. El sensor que detecta el imán es de efecto hall, el cual varía el voltaje de salida en función del campo magnético que actúa sobre él. En concreto se ha utilizado el integrado UGN3503 que tiene una sensibilidad de 1,3V/G. El sensor se introduce en un tubo con los terminales soldados a un cable apantallado y se sella con pegamento térmico, manteniendo el sensor orientado hacia el extremo del tubo. Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición 29 Fig. 22. Sensor de velocidad diseñado. La sujeción a la moto se debe realizar a través de componentes hechos a medida, aunque en este caso, al ser un prototipo, se ha utilizado bridas. 3.4.3. Sensor de revoluciones. Como ya se ha dicho en apartados anteriores, el sensor de revoluciones es un cable enrollado en el cable de alta tensión del inducido. En la práctica, se le da dos vueltas al terminal alrededor del cable y se sujeta con cinta aislante. Para un diseño comercial se podría utilizar un cable con una terminación rígida en forma de espiral para enrollarse en el cable de la bujía y así no necesitar cinta aislante. 3.4.4. Detector de paso por meta. Para el receptor de infrarrojos se ha utilizado el integrado TSOP38338 de Vishay. Este receptor, tiene un gran aislamiento ante el ruido ambiental o la luz solar ya que actúa como un filtro que solo interpreta las señales a 38 kHz. Solo es necesario colocar una resistencia en serie y un condensador en paralelo, los cuales vienen indicados en el manual del fabricante. El sensor mandara un 1 cuando reciba la señal infrarroja a 38kHz y 0 en los restantes casos. Este sensor ha de ir montado en una pequeña carcasa, la cual se coloca orientando el sensor hacia el lado de la pista en el que se coloca el emisor de infrarrojos. Para el prototipo, se colocara en una pequeña caja pegada al carenado. Memoria 30 4. DESARROLLO DEL FIRMWARE. 4.1. Configuración. El programa principal para el software del Openpicus es una función del programa principal real, cuyo tiempo de proceso está controlado por el sistema operativo FreeRTOS, que se describe en el siguiente apartado. Al igual que en el main , en él se pueden declarar variables, configurar entradas y salidas, etc., pero no se tiene control total sobre las rutinas del microprocesador. De esta manera, el sistema operativo ejecuta las funciones necesarias para mantener las conexiones Wi-Fi en el momento oportuno. Ciertos procesos necesitan ejecutarse en un momento determinado sin que otro proceso pueda interrumpirlo o retardar su inicio, por ello para la medida de tiempos en los sensores en los que es necesario, se han utilizado interrupciones. Las interrupciones vienen implementadas en las funciones de Openpicus pero se ha preferido configurar manualmente para tener más control sobre su funcionamiento. En función de la importancia de ejecución se han establecido prioridades que dictan el orden de ejecución en caso de demandarse un procesamiento simultáneo y se ha habilitado su anidación, que permita que una interrupción con mayor prioridad se ejecute cuando otra se está procesando y cuando acabe se reanude la primera. En total, se han implementado cuatro interrupciones, tres para los sensores digitales y otra para leer todas las entradas analógicas. Las entradas analógicas por defecto son cuatro, y para ser leídas solo es necesario llamar a otra función que introduce el valor en una variable seleccionada. Este proceso resulta lento por lo que se ha configurado manualmente configurando otra entrada analógica disponible que estaba configurada como digital teniendo en total cinco entradas analógicas. La toma de muestras analógicas se explica en el siguiente apartado “Función de conversión ADC”. Los timers se han configurado para que trabaje en 32bits y con un preescalado que hace que no desborde en diecinueve horas. Tiempo más que suficiente para la aplicación exigida sin que afecte a la resolución necesaria. En el apartado programación temporal, se explica esta y otras consideraciones tenidas en cuenta respecto a tiempos. 4.2. FreeRTOS. FreeRTOS es un sistema operativo en tiempo real de la empresa Real Time Engineers Ltd. Según sus creadores, sus principales ventajas son que ha sido desarrollado profesionalmente, con un estricto control de calidad dando como resultado un sistema robusto y libre de ser usado por cualquiera sin requerimientos de tener que declarar la fuente del código. Sus aplicaciones pueden abarcar desde pequeños juguetes, a la industria automovilística o aviación. Sus características distintivas respecto de otros sistemas operativos embebidos son:  Rápidos cambios de contexto, bajo intercambio entre almacenamiento secundario y memoria.  Gestión de archivos orientada a la velocidad de acceso más que a la eficiencia.  No son eficientes procesando información. Se usan procesadores predecibles. Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición 31  No existe la paginación, para evitar el factor aleatorio en la búsqueda. 4.3. Programación temporal En la aplicación que nos ocupa no sólo es importante el valor registrado por los sensores, sino el instante en que se registran, de cara a poder relacionar los datos entre si y extraer la información de alto nivel. Para ello, se han utilizado dos contadores que controlan la temporización de los datos registrados por interrupción y el muestreo de los sensores analógicos. Para establecer la velocidad mínima del primer contador se ha tenido en cuenta la resolución mínima necesaria para poder medir los eventos con precisión. En la aplicación que nos ocupa, el sensor que más frecuencia de eventos tiene es el sensor de revoluciones por minuto del motor. Estableciendo que se pueda medir un motor a 18000 rpm, la frecuencia de pulsos es 300 por segundo por lo que la frecuencia del contador ha de ser mayor. El inconveniente en cuanto a la resolución es el desbordamiento, por lo que, como se ha señalado en el apartado anterior, se ha utilizado un preescalado que dura más de 19 horas en desbordar con 32 bits. Este contador tiene una frecuencia de 62,5kHz y da una resolución a máximas revoluciones de aproximadamente 0,26 RPM por unidad del contador, lo que es más que suficiente. La limitación viene determinada por la frecuencia con la que se envían los datos. La aceleración angular del motor de una motocicleta con la primera marcha engranada y saliendo a fondo es de aproximadamente 4000 RPM por lo que a 14 Hz, que es la frecuencia de lectura estipulada da unos incrementos de 285RPM, lo cual es suficiente para realizar un análisis, pero en caso de que se desee aumentar, se puede mejorar tomando muestra durante la formación de la trama de envío aprovechando la interrupción de los sensores analógicos que es periódica. Para hacer el muestreo de las entradas analógicas de forma periódica se ha utilizado un preescalador del reloj de instrucciones del microprocesador, propio del módulo ADC, el cual permite automatizar el proceso generando interrupciones cada determinados tiempos y numero de muestras. La estabilidad del periodo de muestreo está asegurada, ya que para cada ciclo de captura de señal y conversión a digital, se utilizan unos tiempos de instrucción fijos por configuración y derivados del preescalador. El envío de datos también debe ser periódico cada vez que se llega al tamaño de trama estipulado, pero es un proceso que puede ser interrumpido y continuarse después ya que, por pruebas se ha comprobado que no afecta a los datos enviados ni se interrumpe por completo el envío. El tiempo entre envíos se puede dividir por el número de muestras de cada sensor para establecer el momento de la toma, ya que, como se ha dicho, están muestreadas periódicamente. También se puede enviar el tiempo en el que se lee la última muestra ya que la placa del Flyport integra un reloj RTCC a 32768kHz. Los demás procesos, como pueden ser la comprobación de instrucciones de entrada o el control de los leds, se ejecutan cuando el sistema operativo lo permite o las interrupciones no están operativas y su interrupción, momentánea o por completo no afecta a la usabilidad ni calidad de lo que el usuario percibe, por lo tanto no se ha establecido una rutina de procesamiento periódico, sino que se ejecutan sucesivamente en el Bucle principal cuando es activado el registro que controla si se debe entrar o no en la función. Memoria 32 La figura 22 muestra cómo se suceden los diferentes procesos durante la ejecución del programa. Interrupción de entradas analógicas a V1 Interrupción de entradas analógicas a V2 Envío de V1 Envío de V2 Interrupciones de entradas digitales. Envío de datos a los Leds Comprobación de entradas Fig. 23. Diagrama de ejecución del programa. Las interrupciones de las entradas analógicas predominan sobre el resto haciendo que los demás procesos se retarden en su ejecución. De izquierda a derecha se observan cuatro eventos marcados por las líneas de puntos. En primer lugar se produce una lectura de datos analógica, por lo que el envío del vector ya lleno se interrumpe. En segundo lugar, otra lectura hace que una interrupción de un sensor digital se retarde en inicializarse, ya que están activadas las interrupciones anidadas y la analógica tiene más prioridad. Por último, otra interrupción digital y la lectura analógica interrumpen el envío del vector V2. El envío de datos a los leds y la comprobación de entradas se han representado detrás del envío de datos, pero se puede dar que al estar en el bucle principal, no esté activada la bandera de envío, y pase a los leds y comprobación de entradas, realizando varias actualizaciones entre envíos. 4.4. Módulos del Firmware. 4.4.1. Conversión ADC. Como ya se ha dicho en el apartado anterior, la conversión se realiza de manera autónoma por el hardware ADC del microprocesador estableciendo los tiempos el Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición 33 oscilador del microcontrolador y el contador que divide la frecuencia. Para realizar la lectura y guardado de los datos se leen los registros en los que quedan almacenados. El módulo ADC lee las entradas con una resolución de 10 bits pero la función los guarda en dos variables dentro de un vector de tipo BYTE, de esta manera, se envían los datos en binario, en vez de en Strings, disminuyendo considerablemente la cantidad de datos enviada. Cada vez que salta la interrupción, se ejecuta su rutina asociada, la cual realiza las siguientes operaciones: En primer lugar, se vuelve a preescalar la frecuencia de las lecturas por cinco, ya que no es necesaria tanta resolución y de esta manera se obtiene una frecuencia de 116 Hz por canal. Una vez pasa el preescalado final, guarda los datos en el vector. Este vector está formado por una sucesión de tres en tres BYTES en los que el primero indica cual es el sensor y los otros dos el valor más y menos significativo de la muestra. Como se puede observar en la figura 22, utiliza dos vectores de manera alternativa para que un vector sea llenado, mientras el otro es enviado. De esta manera se evita el error debido a que cuesta más enviar el vector que el tiempo entre dos lecturas analógicas consecutivas. La lectura del buffer también se realiza alternativamente ya que está dividido en dos a través de software para que se lea uno mientras se llena el otro. El vector se llena con ocho lecturas de los tres canales rápidos y se activa una variable que hace de ‘Flag’ para avisar que está completo. Cada vez que se han llenado 16 vectores, se introduce el valor de los otros dos canales lentos, dando como resultado una frecuencia de un segundo aproximadamente, más que suficiente para lecturas de temperatura. Por último, se introduce la cantidad de datos en los BYTES de información asociada. 4.4.2. Captura de señal y filtrado de paso por meta. Como ya se explicó en la parte de hardware, cada emisor de infrarrojos tiene su propia frecuencia asociada al dispositivo, por lo tanto, el dispositivo debe ser capaz de distinguirlas. Para ello, la interrupción del Infrarrojo registra el valor del tiempo desde el pulso anterior durante cuatro pulsos seguidos. Si los tres tiempos entre pulsos se corresponde al que ha sido configurado dentro de un margen, se tomara como tiempo el registrado en la primera interrupción y se desactivara la rutina de interrupción por un tiempo para evitar generar un nuevo tiempo de vuelta erróneo. Si no es así, el proceso volverá a comenzar mientras se reciban pulsos. El tamaño de la variable es de 32 bits, por lo que para poder ser enviada en el vector de datos a través de la conexión UDP se divide en cuatro de tipo BYTE. Cuando se ha recibido una señal positiva y se ha registrado un tiempo de vuelta, se activa una variable que indica que se ha registrado una señal y que puede ser enviada. 4.4.3. Interrupciones de RPM y sensor de velocidad. Estos dos módulos tienen la única misión de registrar el valor del timer cuando se recibe el pulso correspondiente. Hay que tener en cuenta que el filtrado por rebotes se produce al hacer pasar la señal por el monoestable, tal como se explico en el apartado de hardware. La frecuencia máxima establecida para las revoluciones y la velocidad son 300 y 50 Hz respectivamente, considerando en ambos casos que se utilizaran motocicletas Memoria 34 extraordinarias, ya que cualquier moto de altas prestaciones no alcanzaría estos valores. Los valores de velocidad y rpm son enviados al móvil con una frecuencia de10 y 5 Hz respectivamente, por lo tanto, aunque se registren valores, estos no se enviaran a no ser que no coincidan con el momento de envío. Este “sobreuso” se podría evitar pero por observación de utilización no afecta al comportamiento estas interrupciones, ya que apenas consumen unos pocos microsegundos de procesamiento. La variable de velocidad se compone de tres BYTES y la de revoluciones de dos. Esto es debido a que a bajas velocidades el contador puede desbordar un valor de 16 bits pero el periodo de revoluciones es más rápido que el tiempo equivalente del periodo del contador por el número de 16 bits. La rutina que siguen es tomar el valor del timer en una variable de tipo entero sin signo de 32 bits. A esta se le resta el valor registrado en la ejecución anterior y se divide en enteros de 8 bits, cada uno con los bits más significativos desplazados en función de la posición. 4.4.4. Control de los leds. El módulo de control de los leds es llamado desde el programa principal después de que se han enviado los datos por la Wi-Fi. En primer lugar se realiza un filtro que comprueba que las revoluciones han variado lo suficiente como para que se deba encender o apagar leds. Esta comprobación se realiza para evitar actualizar el estado al mismo estado, ya que los datos se introducen por unos Flip-Flop en serie. Si el ultimo led ha de estar encendido y el primero apagado habrá una fracción de segundo que si lo estará. Esto puede producir cierta distorsión óptica a los ojos del usuario y se ha de evitar en la medida de lo posible, aunque en la práctica es casi inapreciable. Si se ha de cambiar el estado de los leds, se lee el registro actual del valor de revoluciones y en función de eso se envía el código a la función encargada expresamente de mandar datos. Esta función manda los datos y envía pulsos de reloj de manera asíncrona ya que no se han establecido tiempos de pulsos de reloj y dato, sino que se activa y desactiva las salidas a la mayor velocidad posible introduciendo las instrucciones una tras otra. La cronología es colocar un valor en la entrada y generar un pulso en la entrada de reloj hasta que se han llenado los seis registros con los nuevos valores. 4.4.5. Lectura de comandos de entrada. Para la lectura de los comandos de entrada se utiliza una función implementada con el firmware del Openpicus. El sistema solo comprueba periódicamente, después de cada vez que ha enviado una trama, que en el buffer de entrada del puerto UDP hay más de cinco bytes y en ese caso, lo guarda en una variable y se introduce en las funciones de lectura del código recibido que determinan el comando que el Smartphone ha enviado. 4.4.6. Comunicaciones con el Smartphone. Una vez se ha recibido el código a través del puerto UDP, según el protocolo, existen bytes de identificación de la trama. En función del Byte de identificación se meterá en una función u otra y desarrollara las siguientes respuestas: Solicita información sobre el dispositivo. Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición 35 Se responde con el Mac del dispositivo, la versión, el número de sensores y las características de estos. Solicita al dispositivo un mensaje ACK de respuesta. Se responde con una trama de confirmación. Solicita remotamente al dispositivo que se reinicie. Se responde con una trama de confirmación y se reinicia el dispositivo. Solicita el modo de funcionamiento al dispositivo. Se responde en qué modo de funcionamiento esta el dispositivo, streaming de datos o en espera de nueva instrucción. Define el modo de funcionamiento al dispositivo. Se responde con una trama de confirmación y se establece el modo de funcionamiento solicitado, que son los dos anteriores mencionados. Solicita el valor del descriptor al dispositivo. Se envía una etiqueta de tipo ASCII que contiene los datos fundamentales del dispositivo en una variable de tipo BYTE de identificación seguido del String con la información. Define el valor del descriptor del dispositivo. Se responde con una trama de confirmación y se establece en el dispositivo la etiqueta de tipo ASCII que contiene los datos fundamentales del dispositivo en una variable de tipo String. 4.4.7. Comunicación con el GPS. Solicita los datos del proxy. Se solicitan los datos de uno de los sensores conectados. El Flyport responde con los datos del sensor seleccionado. En el caso que no sea posible realizar alguno de los procedimientos seleccionados se responde con un código de error, o si no lo recibe, claramente no contestara. La comunicación con el GPS se realiza a través de comunicación UART. Para poder leer lo que manda el GPS se ha de suspender la actividad del sistema operativo debido a que es mucha información y si no, no es leída correctamente. Además se han ajustado los tiempos de espera para que a las distintas funciones de lectura y escritura les dé tiempo a leer. Se ha encontrado que la óptima velocidad de envío, baudrate , es de 38400 ya que si no se pierde información o es muy lento. Para saber la posición se utilizara la sentencia $GPGGA del estándar NMEA que consta de la siguiente información. Memoria 36 $GPGGA,<precission><altitude><Geoidal separation><Checksum> La función del GPS será enviar su posición a la vez que los datos pero además tendrá comandos de entrada para ser configurado desde el Smartphone. Como solo se necesita la sentencia $GPGGA y además, solo cuando la quiera el datalogger, se desactivara el envío de información periódico con las funciones: $PSTMGPSRESTART Que desactiva todos los envíos $PSTMNMEACONFIG,0,38400,1,0 Que desactiva el envío de todas las sentencias excepto la $GPGGA y sube el baudrate a 38400 $PSTMNMEAONOFF control del flujo. Hace de toggle de ON y OFF de las sentencias Para disminuir el tiempo de localización se utiliza el siguiente comando: • $PSTMINITGPS,xxxx.xxx,[N/S],yyyyy.yyy,[E/W],zzzz,DD,MM,YYYY,HH,MM,SS Que introduce el valor de tiempo y geolocalización para una ubicación conocida. El protocolo de comunicación con el GPS es el siguiente: -Se envía al GPS el comando que activa el envío. -Se espera hasta el número de caracteres esperado. -Se envía al GPS el comando que desactiva el envío. -Se lee el buffer de entrada. Para el prototipo se ha utilizado un GPS con una frecuencia máxima de 1Hz, debido al precio, pero esta configuración se puede ajustar para mayor velocidad, ya que 1Hz a 300 km/h equivale a una toma de datos cada 83 m. 4.4.8. Gestión de energía. Debido a que es un dispositivo que consume del orden de 140mA de media en funcionamiento, se ha de controlar el consumo para reducirlo al mínimo. Por ello se aplican procedimientos que detectan cuando el dispositivo puede reducir su consumo de energía. Esta función se ejecuta cada 10s aproximadamente y determina el estado en el que se encuentra el dispositivo y determina que realizar en función de la situación. Uno de esos momentos se ha establecido para cuando el dispositivo no está conectado al Smartphone. En este caso los datos que tome serán perdidos ya que el Flyport no los almacena, por ello, tras un tiempo establecido en el que no haya reconexión se pondrá en suspensión. En este caso se incluye la circunstancia en la que tras varios intentos de conexión, esta no sea posible. Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición 37 El nivel de batería es un dato importante aunque no se ha podido establecer un sistema para indicarlo. En caso de que se estime necesario, se deberá incluir una entrada analógica en la entrada de alimentación que mida el voltaje de la batería. Memoria 44 INDICE DE ANEXOS A. Cálculos. B. Planos. C. Protocolo de comunicación. D. Ejemplo de datos en circuito. E. Coste de fabricación. F. Plan de empresa presentado al concurso IDEA. G. Datasheets. A. CÁLCULOS. Anexo Cálculos -2Índice 1. Sensores analógicos. ............................................................................................ 3 2. Sensor de temperatura. ........................................................................................ 3 3. Acomodación del sensor de velocidad. ................................................................ 4 4. Sensor de RPM. ..................................................................................................... 6 5. Protecciones. ......................................................................................................... 6 6. Leds. ...................................................................................................................... 7 7. Placa de Infrarrojos. ............................................................................................. 7 8. Frecuencias de muestreo, temporización y envío. ............................................... 8 9. Conversión señal-valor físico de los sensores. ................................................... 10 9.1. Sensores analógicos de 10k. .................................................................................. 10 9.2. Sensor de temperatura. ......................................................................................... 10 9.3. Sensor de velocidad. .............................................................................................. 11 9.4. Sensor de revoluciones. ......................................................................................... 11 9.5. Sensor de paso por meta. ....................................................................................... 11 Índice de figuras Fig. A.1. Resistencia en relación con la temperatura. ............................................. 3 Fig. A.2. Esquema amplificador restador. ............................................................... 5 Fig. A.3. Esquema NE555. ........................................................................................ 7 Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición -31. Sensores analógicos. Para el cálculo se utilizan resistencias de la serie E6. Los sensores analógicos que se han predeterminado tienen un rango de resistencia que va de 0 a 10k y están conectados a tierra y a la entrada analógica. La Vref del Flyport es 2048mV y la alimentación es a 3,3V, por lo que el voltaje máximo de lectura se debe bajar al inferior más cercano posible a Vref. Utilizando dos resistencias en paralelo de 10k y 22k Lo que se acomoda a casi todo el rango del ADC. 2. Sensor de temperatura. Fig. A.1. Resistencia en relación con la temperatura. Anexo Cálculos -4Para el sensor de temperatura se ha calculado su curva de resistencia en relación con la temperatura. Para ello se ha ido calentando agua desde los 30ºC hasta los 100ºC y se ha medido simultáneamente la temperatura del agua y la resistencia del sensor, obteniéndose la gráfica de la figura A.1. El rango que abarca es desde 1028Ω a 8575Ω pero hay que tener en cuenta dos cosas. En primer lugar, es una curva logarítmica cuya relación de los parámetros es inversamente proporcional, por lo que no tendremos la misma precisión a distintas temperaturas y, en segundo lugar, el rango de temperaturas que se ha de vigilar y que es más importante para la motocicleta, va desde 50ºC a 70ºC. Por ello, contra más pequeña sea la resistencia, mayor será la precisión de la indicación, ya que varia mas el voltaje de lectura. La forma de que la resistencia sea pequeña es conectar el sensor en la parte alta del divisor de tensión y sabiendo que el máximo de 100ºC no se sobrepasa, se calcula la resistencia de acomodación. De esta forma no hay limitación en medir temperaturas bajas, aunque en este caso es de poca utilidad. Se utilizan dos resistencias de 1k y 470Ω en serie, ya que, si es mayor se podría salir del rango antes de llegar a 100ºC 3. Acomodación del sensor de velocidad. Para la entrada a la primera etapa se han utilizado resistencias del orden de megaohmios debido a que de esta manera se evita utilizar un seguidor de señal que compense derivaciones de corriente y además se minimizan los posibles efectos de que el cable del sensor haga de antena del campo eléctrico generado en el cable de alta tensión de la bujía, que en pruebas iniciales producía acoplamiento. La primera etapa por la que pasa la señal es un amplificador operacional que resta y amplifica la señal. En estado nulo, la señal del sensor tiene un voltaje de 2,6V y este aumenta hasta unos 0,3V cuando el campo magnético del imán actúa sobre él. La fórmula que define la salida según el esquema de la figura A.2. es la siguiente: Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición -5Fig. A.2. Esquema amplificador restador. Si hacemos y Con lo que la señal sale restada y amplificada por el ratio de resistencias B y A. Se utiliza una relación de 4,7 a 1, con lo que la diferencia se amplifica 4,7 veces. A la entrada de se ha colocado un divisor de voltaje con un potenciómetro para calibrar la resta entre 0 y 0,1V en estado bajo. Los valores de este divisor son una resistencia de 10k y un potenciómetro de 10k. Para ajustarlo, se mide la tensión de salida, que como mínimo será la mitad de la alimentación, es decir 1,67V, y se ajustara lo más próximo a la salida del sensor, cercano a 2,6 V, pero dejando que en estado alto, multiplicado por el ratio de resistencias, de un voltaje superior al divisor del comparador de la siguiente etapa. Para este segundo divisor se han seleccionado dos resistencias de 10k dando un voltaje de 2,5V, ya que este está alimentado a 5V. Este comparador pasara de bajo a alto cuando se sobrepase el voltaje de referencia, generando así pulsos con cada paso del imán por el sensor. Para filtrar rebotes, se utilizara la siguiente etapa compuesta de un monoestable para que mantenga la señal en alto un tiempo determinado después de recibir el primer pulso. La frecuencia máxima que puede llegar por los pulsos, y que es la que limita la duración del pulso en el monoestable, viene determinada por la velocidad de la rueda, es decir, el número máximo de vueltas por segundo que puede dar. Para determinarla se han establecido las siguientes hipótesis basadas en las prestaciones de las maquinas del mercado: Así pues, las vueltas por segundo máximas o frecuencia será Anexo Cálculos -6El periodo mínimo pues será de aproximadamente 20ms. Como el del monoestable ha de ser lo más largo posible pero dejando un margen, se establece en 18ms. Para controlar la duración, al monoestable se le añade una resistencia y un condensador. Según el fabricante, el tiempo de pulso se calcula: Con un condensador de 0,1µF Se utiliza dos resistencias en serie de 100k y 75k dando un tiempo de 17,5ms 4. Sensor de RPM. En este caso también se utiliza un monoestable para controlar los pulsos y la velocidad máxima que se establece es 18000 revoluciones por minuto o 300 Hercios, que está por encima de lo que puede alcanzar cualquier motor de dos tiempos comercial y que un motor de cuatro tiempos da una chispa cada dos vueltas, por lo que aunque algunos alcancen 18000rpm, generaran 9000 pulsos. El cálculo es análogo al del apartado anterior estableciendo un periodo máximo de 3,3ms. Para conseguirlo se utiliza una resistencia de 33k de la serie E12 y un condensador de 0,1µF. 5. Protecciones. Las protecciones han sido calculadas con el programa PSpice a través del método de prueba y error. Las hipótesis de partida eran que las entradas analógicas fueran estables en el rango de medición y que no se sobrepasara los 3,3V a la entrada del ADC. Una vez dibujado el esquema se han realizado simulaciones para distintos voltajes de entrada y se han medido los voltajes obtenidos a la entrada del conversor analógico, dando resultados dentro del rango establecido. Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición -76. Leds. Los leds están colocados en paralelo dos a dos y cada uno tiene una corriente de 10mA, para un voltaje que puede variar entre 2V y 2,6V. La alimentación se realiza a través del integrado 74HC164 a 3,3V. Queda pues calcular la resistencia de los leds. Se utilizara una resistencia de 47Ω, ya q ue según el datasheet, puede funcionar entre 2V y 2,6V. 7. Placa de Infrarrojos. Para la placa de infrarrojos se utilizan dos NE555 en modo astable que proporcionan dos frecuencias distintas, una a 38kHz y otra a 1kHz aproximadamente. Según el manual del fabricante, con el siguiente esquema se consigue la frecuencia deseada calculando , y C de la siguiente manera: Fig. A.3. Esquema NE555. Con estas formulas, se observa que no se puede alcanzar un ciclo de trabajo del 50%, que es el deseado aproximadamente, porque el condensador que controla el tiempo de alto y bajo se carga a través de pero se descarga a través de y . Colocando un diodo entre los terminales de que no deje pasar la corriente cuando esta cargando, lo puentea cuando esta descargando consiguiendo que el tiempo de descarga sea proporcional solo a , asi pues las formulas quedan de la siguiente manera: Anexo Cálculos -8Imponiendo y para que sea 50%, para una frecuencia de 38kHz Como no se puede alcanzar el valor con pocas resistencias, se sube una y se baja la otra aunque varíe un poco el ciclo de trabajo, y se llega a (2,2k y 10k en paralelo) y (2,2k y 22k) dando una frecuencia de 37,996kHz y un ciclo de trabajo del 47,36%. Para 1kHz se repite el proceso y con dos resistencias de 75k y un condensador de 10nF se tiene una frecuencia de 961Hz al 50% de ciclo de trabajo. En este segundo caso da igual la precisión porque será el Flyport el que se configure para filtrar la frecuencia obtenida. Los leds están alimentados a 5V y en serie por lo que tiene una caída de voltaje de 2,5V, que está dentro de lo indicado y no necesitan resistencia. 8. Frecuencias de muestreo, temporización y envío. El muestreador analógico tiene cinco canales a distintas velocidades. Según se extrae de la información obtenida a través de un técnico que trabaja en este campo, la frecuencia necesaria para un muestreo óptimo de los canales rápidos, que son los que miden la posición de las suspensiones, ha de ser de 100Hz. El oscilador del microcontrolador funciona a 32MHz y un ciclo de instrucción dura dos ciclos de reloj, por tanto esta es la base de tiempo. El convertidor analógico necesita 43 unidades de tiempo para realizar la conversión, las cuales duran un ciclo de instrucción preescalado 64 veces. Habiendo cinco canales, la frecuencia de muestreo es: A esta frecuencia se muestrean todos los canales y cada dos veces que se muestrean las cinco entradas se ejecuta la rutina de la interrupción, pero esta solo guarda cada cinco veces que entra, de esta manera, la frecuencia efectiva de muestreo de datos que son almacenados es: A esta frecuencia es a la que se almacena los datos de los tres canales a máxima velocidad. Estos datos se almacenan en un vector hasta el octavo barrido, en el que entra en una instrucción en la que se lee el valor actual de rpm. La frecuencia de envío de este sensor es pues. Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición -9Esta frecuencia coincide con la de envío de datos, ya que posteriormente se activa la bandera de vector disponible y se realiza el envío. Cada dos veces que se lee RPM, se introduce el valor de velocidad y cada 16 veces, los valores de los restantes canales analógicos de dinámica lenta, quedando a 7,26Hz y 0,9Hz respectivamente sus frecuencias. El tiempo de vuelta depende de la velocidad con que se realiza el circuito y por lo tanto no tiene frecuencia definida. La siguiente tabla muestra los sensores con sus distintas frecuencias. Endpoint Actividad a medir Frecuencia (Hz) Formato dato unitario (bytes) Tasa (bps) 11 Temperatura del motor 0,9 2 1,8 12 Velocidad 7,26 3 21,78 13 r.p.m. 14,52 2 29,04 14 Posición acelerador 116,2 2 132,4 15 Posición de la suspensión del. 116,2 2 132,4 16 Posición de la suspensión tras. 116,2 2 132,4 17 Lap time - 4 - 18 Presión de aceite 0,9 2 18 Total bytes por segundo 451.62 Para la temporización se parte de la misma premisa de que el microcontrolador realiza 16MIPs. A partir de allí, un timer de 32bits se ha preescalado 64 veces con lo que la frecuencia es: Y el tiempo de desbordamiento: Cada unidad del contador equivale a: D3 LED 5mm D4 LED 5mm D5 LED 5mm D6 LED 5mm D7 LED 5mm D8 LED 5mm D9 LED 5mm D10 LED 5mm D1 LED 5mm D2 LED 5mm D11 LED 5mm D12 LED 5mm R1B 47 Ohm GND R2B 47 Ohm GND R3B 47 Ohm GND R4B 47 Ohm GND R5B 47 Ohm GND R6B 47 Ohm GND Leds RPM Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 A. Ferrando Sixtac Titulo: Dibujado por: Fecha: Versión: 5/11/2013 Hoja: 2 Leds de RPM 5.1 Tamaño: A4 Número de plano: Observaciones: 1.01.01.02Escala: A. Ferrando Sixtac Titulo: Dibujado por: Fecha: Versión: 5/11/2013 Hoja: 3 Entradas y salidas digitales 5.1 Tamaño: A4 Número de plano: Observaciones: 1.01.01.03Escala: VCC GND RPM sensor Speed sensor C1 100nF R1 33k TR+ R2 22k RPM signal Speed Out Speed in D13 1N4001 GND GND GND VCC 10k POT1R3 10k R4 4M7 R5 1M R6 4M7 R7 1M R8 10k R9 10k Speed signal Speed Out C2 100nF R10 100k VCC 1OUT 1IN1IN+ GND Vcc 2OUT 2IN2IN+ U2 LM358 VCC Cx1 RxCx(1) RESET(1) +TR(2) RESET(2) RxCx(2) Q2 -TR(2) +TR(1) -TR(1) Q1 Q1 NEG GND Q2 NEG Cx2 Vcc U1 HCF4538 VCC Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 3V3 GND 3V3 CP SDA Led control 3V3 DSA DSB Q0 Q6 Q7 Vcc Q4 Q5Q1 Q2 Q3 GND CP MR U4 74HC164 R10 75k A. Ferrando Sixtac Titulo: Dibujado por: Fecha: Versión: 5/11/2013 Hoja: 4 Acomodación de sensores y botones 5.1 Tamaño: A4 Número de plano: Observaciones: 1.01.01.04Escala: AI2 C6 0.1µF GND R12 22k R13 10k 3V3 RntcC3 0.1µF GND R11 750 AI4 C9 0.1µF GND 21 S1 GND MCLR Entrada de temperatura AI1 C7 0.1µF GND R14 22k R15 10k 3V3 2 1 S2 GND IN4 AI3 C8 0.1µF GND R16 22k R17 10k 3V3 Entrada analógica 1 Entrada analógica 2 Entrada analógica 4 Entrada analógica 3 Boton de reset Boton de selección R18 1k C.PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN Anexo Protocolo de comunicación -21. DESCRIPCIÓN DEL PROTOCOLO nodoA >> nodoB (Comandos) 1 Byte 1 Byte 2 Bytes 1 Byte 1 Byte N Bytes END_POINT_S END_POINT_D LENGTH CLUSTER_ID COMMAND DATA HEADER PAYLOAD END_POINT_S Identificador interno del dispositivo lógico fuente del mensaje (endpointA) END_POINT_D Identificador interno del dispositivo lógico destino del mensaje (endpointB) LENGTH Longitud del Payload (N+2) CLUSTER_ID Grupo de atributos en el que se encuadra el mensaje (nodoB) COMMAND Comando para el nodo, específico del cluster (nodoB) DATA Parámetros del comando nodoB >> nodoA (Respuesta) 1 Byte 1 Byte 2 Bytes 1 Byte 1 Byte N Bytes END_POINT_S END_POINT_D LENGTH CLUSTER_ID RESPONSE DATA HEADER PAYLOAD END_POINT_S Identificador interno del dispositivo lógico fuente del mensaje (endpointB) END_POINT_D Identificador interno del dispositivo lógico destino del mensaje (endpointA) LENGTH Longitud del Payload (N+2)* CLUSTER_ID Grupo de atributos en el que se encuadra el mensaje (nodoB) RESPONSE Respuesta para el nodo, específico del cluster (nodoB) DATA Parámetros del comando nodoB >> nodoA (Evento) 1 Byte 1 Byte 2 Bytes 1 Byte 1 Byte N Bytes END_POINT_S END_POINT_D LENGTH CLUSTER_ID EVENT DATA HEADER PAYLOAD END_POINT_S Identificador interno del dispositivo lógico fuente del mensaje (endpointB) END_POINT_D Identificador interno del dispositivo lógico destino del mensaje (endpointA) LENGTH Longitud del Payload (N+2)* CLUSTER_ID Grupo de atributos en el que se encuadra el mensaje (nodoB) EVENT Evento para el nodo, específico del cluster (nodoB) DATA Parámetros del evento Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición -32. DEFINICIÓN DEL DISPOSITIVO Versión hardware: telemetriav1.0 Versión de firmware: telemetria v.1.0 Nota: Salvo que se indique lo contrario, todos los parámetros, clusters, comandos y Respuestas están representados en hexadecimal omitiéndose 0x para facilitar la legibilidad del documento. Endpoints y cluster implementados: END_POINT CATEGORY DEVICE IMPL VER DESCRIPCIÓN CLUSTERS 10 CCP_BASE_DEVICE 01 01 03 01 Dispositivo base DEVICE 11 CCP_DEVICE 10 SENSOR 00 TEMPERATURE 01 01 Sensor de temperatura 12 CCP_DEVICE 10 SENSOR 40 DIGITAL INPUT 02 01 Velocidad 13 CCP_DEVICE 10 SENSOR 03 DIGITAL INPUT 01 01 Sensor de marcha 14 CCP_DEVICE 10 SENSOR 40 ENCODER 03 01 Sensor de RPM 15 CCP_DEVICE 10 SENSOR 43 ENCODER 01 01 Sensor de acelerador 16 CCP_DEVICE 10 SENSOR 42 ENCODER 01 01 Sensor de suspensión (1) 17 CCP_DEVICE 10 SENSOR 42 DIGITAL INPUT 01 01 Sensor de suspensión (2) 18 CCP_DEVICE 10 SENSOR 40 PRESSURE 01 01 Sensor de paso por meta Anexo Protocolo de comunicación -43. END POINT: BASE (10) 4. CLUSTER: DEVICE (00) 5. GET INFO FROM DEVICE Comando Respuesta DEV_GET_INFO_CMD (00) Descripción: Solicita información sobre el dispositivo Parámetros: Ninguno. Respuesta: DEV_INFO_RSP, DEV_ERROR_RSP Ejemplo: 10 10 02 00 00 DEV_INFO_RSP (60) Descripción: Devuelve la información del dispositivo Parámetros: - DEVICE_ID : Tecnología [1 byte] - Grupo [1 byte] - MAC [8 bytes] - DEVICE_VERSION: uint8 [5] - NUM_ENDPOINTS: uint8 - Para cada endpoint (5 bytes por cada uno de los endpoints):  ENDPOINT_ID: uInt8  ENDPOINT_CATEGORY: uInt8. Según tabla ENDPOINT_CATEGORY_TABLE  ENDPOINT_TYPE: uInt8. Según tabla ENDPOINT_TYPE_TABLE  ENDPOINT_VERSION: uInt8  ENDPOINT_IMPLEMENTATION: uInt8: Ejemplo: 10 10 nn 00 60 57 (DEVICE_ID.Tecnología) - WIFI 00 (DEVICE_ID.GRUPO) xx xx xx xx xx xx (DEVICE_ID.MAC) 00 00 00 00 00 (DEVICE_VERSION) 09 (NUM_ENDPOINTS) 11 10 00 01 01 (endpoint 11) 12 10 43 01 01 (endpoint 12) 13 10 42 01 01 (endpoint 13) … DEV_ERROR_RSP (62) Descripción: Devuelve información sobre un comando previo que resulta en error Parámetros: - clusterSource : uInt8. Se responde desde el cluster que ha generado el error - commandSource: uInt8. Comando que ha generado el error - deviceErrorCode: uInt8 Según los valores de DEVICE_ERROR_CODE_TABLE Ejemplo: 10 10 05 00 62 00 00 ERROR_CODE Versión firmware 1.0 Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición -56. PING DEVICE Comando Respuesta DEV_PING_CMD (01) Descripción: Solicita al dispositivo un mensaje ACK de respuesta. Parámetros: Ninguno. Respuesta: DEV_ACK_RSP, DEV_ERROR_RSP Ejemplo: 10 10 02 00 01 DEV_ACK_RSP (61) Descripción: Devuelve la confirmación recepción/ejecución de un comando Parámetros: - clusterSource: uInt8. Se responde desde el cluster que ha generado el ACK - commandSource: uInt8. Comando al que se responde el ACK. Si el ACK no se genera vía comando si no que es generado por un proceso del propio dispositivo command=0xFF Ejemplo: 10 10 04 00 61 00 01 DEV_ERROR_RSP (62) Descripción: Devuelve información sobre un comando previo que resulta en error Parámetros: - clusterSource : uInt8. Se responde desde el cluster que ha generado el error - commandSource: uInt8. Comando que ha generado el error - deviceErrorCode: uInt8 Según los valores de DEVICE_ERROR_CODE_TABLE Ejemplo: 10 10 05 00 62 00 01 ERROR_CODE Versión firmware 1.0 Anexo Protocolo de comunicación -67. RESET DEVICE Comando Respuesta DEV_RESET_CMD (02) Descripción: Solicita remotamente al dispositivo que se reinice Parámetros: Ninguno. Respuesta: DEV_ACK_RSP, DEV_ERROR_RSP Ejemplo: 10 10 02 00 02 DEV_ACK_RSP (61) Descripción: Devuelve la confirmación recepción/ejecución de un comando Parámetros: - clusterSource: uInt8. Se responde desde el cluster que ha generado el ACK - commandSource: uInt8. Comando al que se responde el ACK. Si el ACK no se genera vía comando si no que es generado por un proceso del propio dispositivo command=0xFF Ejemplo: 10 10 04 00 61 00 02 DEV_ERROR_RSP (62) Descripción: Devuelve información sobre un comando previo que resulta en error Parámetros: - clusterSource : uInt8. Se responde desde el cluster que ha generado el error - commandSource: uInt8. Comando que ha generado el error - deviceErrorCode: uInt8 Según los valores de DEVICE_ERROR_CODE_TABLE Ejemplo: 10 10 05 00 62 00 02 ERROR_CODE Versión firmware 1.0 Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición -78. GET DEVICE MODE Comando Respuesta DEV_GET_MODE_CMD (03) Descripción: Solicita el modo de funcionamiento al dispositivo Parámetros: Ninguno. Respuesta: DEV_MODE_RSP, DEV_ERROR_RSP Ejemplo: 10 10 02 00 03 DEV_MODE_RSP (63) Descripción: Devuelve el estado del dispositivo Parámetros: - devMode: uInt8 devMode Descripción 00 Modo auto: El dispositivo manda streaming de datos 01 Espera: El dispositivo deja de mandar streaming 02 … 0x … Ejemplo: 10 10 03 00 63 xx DEV_ERROR_RSP (62) Descripción: Devuelve información sobre un comando previo que resulta en error Parámetros: - clusterSource : uInt8. Se responde desde el cluster que ha generado el error - commandSource: uInt8. Comando que ha generado el error - deviceErrorCode: uInt8 Según los valores de DEVICE_ERROR_CODE_TABLE Ejemplo: 10 10 05 00 62 00 03 ERROR_CODE Versión firmware 1.0 Anexo Protocolo de comunicación -89. SET DEVICE MODE Comando Respuesta DEV_SET_MODE_CMD (04) Descripción: Define el modo de funcionamiento al dispositivo Parámetros: - devMode: uInt8 devMode Descripción 00 Modo auto: El dispositivo manda streaming de datos 01 Espera: El dispositivo deja de mandar streaming 02 … 0x … Respuesta: DEV_ACK_RSP, DEV_ERROR_RSP Ejemplo: 10 10 03 00 04 xx DEV_ACK_RSP (61) Descripción: Devuelve la confirmación recepción/ejecución de un comando Parámetros: - clusterSource: uInt8. Se responde desde el cluster que ha generado el ACK - commandSource: uInt8. Comando al que se responde el ACK. Si el ACK no se genera vía comando si no que es generado por un proceso del propio dispositivo command=0xFF Ejemplo: 10 10 04 00 61 00 04 DEV_ERROR_RSP (62) Descripción: Devuelve información sobre un comando previo que resulta en error Parámetros: - clusterSource : uInt8. Se responde desde el cluster que ha generado el error - commandSource: uInt8. Comando que ha generado el error - deviceErrorCode: uInt8 Según los valores de DEVICE_ERROR_CODE_TABLE Ejemplo: 10 10 05 00 62 00 04 ERROR_CODE Versión firmware 1.0 Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición -910. GET DEVICE DESCRIPTION Comando Respuesta DEV_GET_DESCRIPTION_CMD (05) Descripción: Solicita el valor del descriptor al dispositivo (etiqueta tipo ASCII) Parámetros: Ninguno. Respuesta: DEV_DESCRIPTION_RSP, DEV_ERROR_RSP Ejemplo: 10 10 02 00 05 DEV_DESCRIPTION_RSP (64) Descripción: Devuelve la descripción del dispositivo Parámetros: - devDescription: char[20] Ejemplo: 10 10 nn 00 64 cc cc cc cc .. cc DEV_ERROR_RSP (62) Descripción: Devuelve información sobre un comando previo que resulta en error Parámetros: - clusterSource : uInt8. Se responde desde el cluster que ha generado el error - commandSource: uInt8. Comando que ha generado el error - deviceErrorCode: uInt8 Según los valores de DEVICE_ERROR_CODE_TABLE Ejemplo: 10 10 05 00 62 00 05 ERROR_CODE Versión firmware 1.0 Anexo Ejemplo de datos en circuito -4- Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición -5- E. COSTE DE FABRICACIÓN Anexo Coste de fabricación -2DISPOSITIVOS Elemento Proveedor Precio Cantidad Total Placa de adquisición PCBya 49,87 1 49,87 Placa de adquisición PCBya 39,06 1 39,06 Condensador 0,1µF Farnell 0,2 9 1,8 Condensador 0,3µF Farnell 0,2 1 0,2 Condensador 10nF Farnell 0,1 2 0,2 Condensador electrolítico 10µF Farnell 0,3 1 0,3 Condensador electrolítico 220µF Farnell 0,3 1 0,3 Diodo led 5mm Farnell 0,4 12 4,8 Diodo 1N4001 Farnell 0,1 3 0,3 Diodo Schottky Farnell 0,95 1 0,95 Diodo IR 5mm Farnell 1,25 2 2,5 Resistencia 22k Farnell 0,05 7 0,35 Resistencia 45 Ohm Farnell 0,05 6 0,3 Resistencia 10k Farnell 0,05 6 0,3 Resistencia 4M7 Farnell 0,05 2 0,1 Resistencia 1M Farnell 0,05 2 0,1 Resistencia 75k Farnell 0,05 3 0,15 Resistencia 750 Ohm Farnell 0,05 1 0,05 Resistencia 2,2k Farnell 0,05 2 0,1 Inductor 10µH Farnell 0,36 1 0,36 Potenciómetro 10k Farnell 0,5 1 0,5 Pulsador 6mm Farnell 0,3 2 0,6 HCF4538 Farnell 0,7 1 0,7 LM358 Farnell 0,11 1 0,11 LM78M05 Farnell 0,63 1 0,63 74HC164 Farnell 1,2 1 1,2 NE555 Farnell 0,51 2 1,02 NCP1450A Farnell 0,54 1 0,54 NTGS3446 Farnell 0,68 1 0,68 Flyport Openpicus 39 1 39 HEADER FLYPORT 13x2 Farnell 13,18 1 13,18 Carcasa Placa adquisición Retex 13,8 1 13,8 Carcasa Emisor IR Retex 5,6 1 5,6 Cableado SEI 10 1 10 TOTAL DISPOSITIVOS 189,65 Desarrollo de un sistema de sensorización para motos de competición -3SENSORES Elemento Proveedor Precio Cantidad Total SoftPot Mouser 12,33 1 12,33 UGN3503 Farnell 0,47 1 0,47 Sensor de temperatura HEBO 14,99 1 14,99 Receptor IR Mouser 0,52 1 0,52 Piezas sensor suspensión Varios 45 2 90 Imán neodimio RS 1,67 1 1,67 TOTAL SENSORES 119,98 COSTES TOTALES Totales parciales Total TOTAL DISPOSITIVOS 189,65 TOTAL SENSORES 119,98 TOTAL 309,63 Los costes han sido calculados con componentes comprados unitariamente y placas presupuestadas como prototipo. Para tiradas de un gran número de unidades el coste descendería considerablemente. F. PLAN DE EMPRESA PRESENTADO AL CONCURSO IDEA. P Aragón C oncurso IDEA Zaragoza Febrero 2013 Promotores: Alfredo Ferrando Sixtac Jorge Casaus P lan empresa Aragón I nstruments oncurso IDEA Alfredo Ferrando Sixtac Jorge Casaus Mairal lan empresa nstruments Plan de Empresa Titular: Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Documento: Plan de Empresa Fecha: Diciembre 2012 Página: 2 de 40 Índice 1.- RESUMEN EJECUTIVO ...................................................................................................... 4 1.1.- D ESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO ............................................................................................ 4 F IG . 1. E SQUEMA DE FUNCIONAMIENTO . .................................................................................... 5 1.2.- E QUIPO PROMOTOR ............................................................................................................ 6 1.3.- M ERCADO ......................................................................................................................... 7 1.4.- P RINCIPALES CIFRAS ECONÓMICAS .................................................................................... 8 2.- ANTECEDENTES .................................................................................................................. 9 I MAGEN 1. M OTOCICLETA DISEÑADA Y FABRICADA POR LOS PROMOTORES .............................. 9 2.1.- C URRICULUM V ITAE A LFREDO F ERRANDO ....................................................................... 9 2.2.- C URRICULUM V ITAE J ORGE C ASAUS ............................................................................... 10 2.3.- C REACIÓN DE LA EMPRESA .............................................................................................. 12 3.- PRODUCTO .......................................................................................................................... 13 3.1.- P RINCIPALES PRODUCTOS ................................................................................................ 13 I MAGEN 2. P ROTOTIPO DE LA CARCASA . .................................................................................. 13 3.2.- C ARACTERÍSTICAS , VENTAJAS COMPETITIVAS ................................................................. 13 3.3.- P UNTOS FUERTES Y DÉBILES . O PORTUNIDADES Y AMENAZAS ......................................... 16 3.4.- A NÁLISIS DE LA COMPETENCIA ........................................................................................ 17 4.- MERCADO ........................................................................................................................... 21 4.1.- Á REAS DE MERCADO ....................................................................................................... 21 4.2.- C UOTA DE MERCADO ....................................................................................................... 22 4.3.- D EMANDA , TENDENCIAS Y ELASTICIDADES ..................................................................... 23 4.4.- P RECIOS ........................................................................................................................... 23 T ABLA 4. P RECIOS DE VENTA POR SEPARADO ( MÁS CAROS ) Y DEL K IT .................................... 23 5.- MARKETING ....................................................................................................................... 25 5.1.- P OLÍTICA DE PRECIOS ...................................................................................................... 26 5.2.- D ISTRIBUCIÓN ................................................................................................................. 26 6.- PRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 27 6.1.- P ROCESOS , TECNOLOGÍA . ................................................................................................ 27 6.2.- G ESTIÓN DE PRODUCCIÓN , CONTROL STOCKS , CALIDAD . ................................................. 27 7.- INMOVILIZADO ................................................................................................................. 28 7.1.- T ERRENOS Y EDIFICACIONES ........................................................................................... 28 7.2.- I NSTALACIONES Y MAQUINARIA ...................................................................................... 28 7.3.- P ATENTES ........................................................................................................................ 28 8.- PERSONAL ........................................................................................................................... 29 8.1.- D IRECCIÓN ...................................................................................................................... 29 8.2.- R ELACIONES LABORALES ................................................................................................ 29 Plan de Empresa Titular: Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Documento: Plan de Empresa Fecha: Diciembre 2012 Página: 9 de 40 2.- ANTECEDENTES Ambos socios llevan desarrollando labores de ingeniería conjuntamente desde el 2009. Hasta la fecha siempre sin ánimo de lucro. Como trabajo más destacado esta el diseño y fabricación de una motocicleta de competición para el campeonato universitario MotoStudent, con una duración de 18 meses y que concluía con un fin de semana de pruebas y carrera para evaluar los diseños presentados. Finalizo en octubre de 2010 obteniendo las puntuaciones más altas y ganando la prueba. Imagen 1. Motocicleta diseñada y fabricada por los promotores 2.1.- Curriculum Vitae Alfredo Ferrando Datos personales Nombre: Alfredo Ferrando Sixtac DNI: 18056066-P Lugar de nacimiento: Huesca Fecha de nacimiento: 24-01-1988 Teléfono: 686108850 E-mail: aferrandosix[email protected] Formación académica Estudios y cursos: - 2006-2010. Ingeniería Técnica Industrial en Mecánica, especialidad en maquinas, en la EUITIZ (Zaragoza) Plan de Empresa Titular: Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Documento: Plan de Empresa Fecha: Diciembre 2012 Página: 10 de 40 - 2010en la actualidad Ingeniería Industrial, especialidad en electrónica en la universidad de Zaragoza - Abril 2008. Curso de Matricería de 25 h en la EUITIZ (Zaragoza) Experiencia profesional - Junio 2005. Tornos Cons. Peón de Albañil en obra de saneamiento de aguas. - Julio-Agosto 2007. Vicente Canales. Ayudante de soldador en línea de tubo. - Julio-Agosto 2008.HavaSaphiro. Practicas en Londres en empresa de fabricaciónde material de joyería - 2010. Participación en la competición internacional MotoStudent como delegado de equipo al cargo de diseño y fabricación del chasis y el basculante de una motocicleta de 125cc. En el equipo Alcañiz-Unizar. - 2011. Diseño y fabricación de una pulverizadora suspendida para aplicación de productos fitosanitarios tras realizarlo como proyecto de fin de carrera. Idiomas: - Inglés: Nivel Alto hablado y escrito. Estancias en Londres, Bournemouth Torquay (Reino Unido) con curso intensivo. - Alemán: Nivel bajo hablado y escrito. Informática: - Nivel alto del procesador de textos y de la hoja de cálculo de Microsoft Office y experiencia en Macros. - Nivel alto de Autocad. - Nivel alto del programa de diseño Catia V5 (Sketcher, Partdesign, Asembly desing, drafting, Advanced Mesher, Structural Analysis, Generative sheetmetal design y DMU Kinematics) - Nivel medio de los programas de diseño Solid-works y Pro-engineer. - Nivel medio del programa de análisis por elementos finitos Ansys. - Conocimiento de programación en C de microcontroladores. 2.2.- Curriculum Vitae Jorge Casaus Datos personales Nombre: Jorge CasausMairal DNI: 17760839-D Lugar de nacimiento: Zaragoza Plan de Empresa Titular: Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Documento: Plan de Empresa Fecha: Diciembre 2012 Página: 11 de 40 Fecha de nacimiento: 21-04-1986 Teléfono: 659315420 E-mail:[email protected] Formación académica Estudios y cursos: - 2006-2010. Ingeniería Técnica Industrial en Mecánica, especialidad en maquinas, en la EUITIZ (Zaragoza) - 01-2011 a 02-2011. Curso Experto en Catia V5, Grupo CT (Leganés Industrial) Experiencia laboral: 03-2011 a 10-2012 STE-Global: Encargado de parte del departamento técnico y del cálculo de torres. Encargado de los trabajos de mantenimientos de las estaciones meteorológicas (torre, sensores y logger). Llevando desde la planificación, la resolución de las averías, el trato con el cliente hasta la facturación. Encargado de los contratos de mantenimiento con Iberdrola y E.On de hasta 100 torres con la primera y 50 con la segunda. En estos casos con la descarga y análisis de datos. Para todo esto contaba con un ingeniero en oficina y dos grupos de dos técnicos para los trabajos de campo. Idiomas: - Inglés: Nivel Alto hablado y escrito.Título: FirstCertificateCambrigde.Estancias Irlanda y Malta con curso intensivo. - Francés: Nivel Alto hablado y escrito. Título: DELF3. Estancias en Francia en una familia de intercabio. - Alemán: Nivel bajo hablado y escrito. Curso de iniciación de 6 meses Informática: - Nivel alto del procesador de textos y de la hoja de cálculo de Microsoft Office. - Nivel alto de Autocad. Plan de Empresa Titular: Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Documento: Plan de Empresa Fecha: Diciembre 2012 Página: 12 de 40 - Nivel alto del programa de diseño Catia V5 (Sketcher, Part design, Asembly desing, drafting, Mesher, structural analysis, generative sheetmetal design y DMU Kinematics) - Nivel medio de los programas de diseño Solid-works y Pro-engineer. - Nivel alto en software de control y descarga de datos de loggers meteorológicos tales como Nomad 2 desktop (SecondWind), Symphonie Data retriever (NRG), Loggernet (Campbell-Sci), CALLaLOG (Ammonit), eol manager (Kintech) 2.3.- Creación de la empresa En abril de 2013 está previsto crear la empresa Aragón Instruments, será constituida como sociedad civil, ya que tiene menos costes de mantenimiento (gestoría, etc). Este plan de empresa contempla los 5 primeros años de vida de la empresa, en caso de que se cumplieran las previsiones el tercer año crearíamos una sociedad limitada, ya que las cantidades de dinero que manejaría la empresa serían más altas y así tendríamos responsabilidad limitada. Tendría su sede social en el technopark de Motorland donde comenzaría teniendo solo un apartado postal, y unos espacios para reuniones, exposiciones y pruebas del prototipo, dentro del MEF (Moto Engineering Foundation) a un precio muy bajo. La asesoría Afiris, con la que ya hemos tramitado el alta de autónomo de Alfredo ha presupuestado el alta de la sociedad y los trámites fiscales con un precio más que razonable. Como capital inicial contaríamos con ahorros de Jorge Casaus (8000 €) y de Alfredo Ferrando (8000 €), los cuales serian suficientes para comenzar la actividad con las cifras previstas que se exponen en los apartados financieros. Plan de Empresa Titular: Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Documento: Plan de Empresa Fecha: Diciembre 2012 Página: 13 de 40 3.- PRODUCTO Como se ha explicado en el resumen ejecutivo, el producto principal y que acarrearía prácticamente toda la inversión y los medios de la empresa sería el sistema de adquisición de datos. Además también se comercializarían otros productos secundarios relacionados con el mundo de la competición, tales como caballetes para motos de competición, etc. 3.1.- Principales productos El sistema de adquisición de datos sería el producto principal, ya que creemos que tiene grandes oportunidades de negocio al ser innovador y muy barato en comparación con la competencia. El resto de productos estarían enfocados a atraer clientes potenciales del sistema de adquisición de datos, aprovechando la venta cruzada de productos complementarios a clientes y ayudaría a mantener el flujo de caja. Imagen 2. Prototipo de la carcasa. 3.2.- Características, ventajas competitivas El Kit completo de adquisición de datos estará compuesto por 6 componentes que se podrán adquirir por separado: 1. El dispositivo principal encargado de tomar datos y enviarlos, y a la vez servirá de sujeción para el Smartphone (Fig. 2) que permita su acople a la motocicleta con facilidad y robustez. Este dispondrá de leds de indicación de cambio de Plan de Empresa Titular: Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Documento: Plan de Empresa Fecha: Diciembre 2012 Página: 14 de 40 marcha y en la pantalla aparecerá las distintas lecturas de datos. Además se aprovecha el GPS y el acelerómetro internos del Smartphone. En este componente del kit es en el que obtenemos la principal ventaja económica, ya que un display (pantalla) puede llegar a costar más que el conjunto entero. F F i g . 2 . Imagen 2 y 3. Caracasas centralita en fibra de carbono y en polímero. 2. Para la captura de las revoluciones por minuto solo se necesita un cable enrollado en el cable de alto voltaje de la bujía. De esta manera el piloto puede cambiar de marcha a las revoluciones óptimas. 3. Para la medición de la velocidad se dispondrá de un imán de gran energía y un dispositivo sensible al paso que también es de fabricación propia. 4. El medidor de tiempo de vuelta se desarrollara a partir de sensores de infrarrojos ya que los comerciales superan los 300€. Otro punto con el abaratamos el coste de producción. 5. Los sensores de temperatura serán comerciales y de forma estándar para que se puedan acoplar a los dispositivos que ya dispone la propia moto. Así el piloto puede controlar el la temperatura optima de refrigeración del motor, ya que depende de las condiciones meteorológicas y la forma de conducción de cada piloto. 6. Para la sensorización de las suspensiones se utilizaran dos potenciómetro lineales los cuales serán de desarrollo propio ya que las opciones comerciales están en precios de 300€/u en adelante. Para ello se diseña una carcasa metálica como la de la imagen, junto con un potenciómetro comercial adaptado. Imagen 4. Sensor suspensión Documento: Plan de Empresa De esta manera se consigue la posición de la suspensión tanto delantera como trasera con una precisión más que suficiente. Esto pe reglaje del sistema de Luego están las placas electrónicas que controlan todos estos sensores y se comunican con el móvil a través de wifi. Estas placas constan de un microprocesador que es la unidad lógica la cual se comunica con el modulo wifi, también integrado, y a la vez dispone de entradas analógicas para la lectura de datos de los sensores. Imagen 5. P El software que controlará todos estos componentes es estos momentos está en desarrollo. Su diseño grafico es el siguiente. Con el diseño y fabricación de estos sensor de infrarrojos se consigue llegar a un coste final por unidad muy competitivo. Plan de Empresa Titular : Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Fecha: Diciembre 2012 De esta manera se consigue la posición de la suspensión tanto delantera como trasera con una precisión más que suficiente. Esto pe rmite al usuario un buen reglaje del sistema de suspensiones. Luego están las placas electrónicas que controlan todos estos sensores y se comunican con el móvil a través de wifi. Estas placas constan de un microprocesador que es la se comunica con el modulo wifi, también integrado, y a la vez dispone de entradas analógicas para la lectura de datos de los sensores. P rototipo de la placa electrónica de la centralita El software que controlará todos estos componentes es la aplicación de Android que en estos momentos está en desarrollo. Su diseño grafico es el siguiente. Imagen 6. Aplicación Android el diseño y fabricación de estos componentes junto con el dispositivo sensor de infrarrojos se consigue llegar a un coste final por unidad muy competitivo. Plan de Empresa : Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Página: 15 de 40 De esta manera se consigue la posición de la suspensión tanto delantera como rmite al usuario un buen Luego están las placas electrónicas que controlan todos estos sensores y se comunican con el móvil a través de wifi. Estas placas constan de un microprocesador que es la se comunica con el modulo wifi, también integrado, y a la vez dispone de entradas analógicas para la lectura de datos de los sensores. rototipo de la placa electrónica de la centralita la aplicación de Android que en junto con el dispositivo principal y el sensor de infrarrojos se consigue llegar a un coste final por unidad muy competitivo. Plan de Empresa Titular: Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Documento: Plan de Empresa Fecha: Diciembre 2012 Página: 16 de 40 3.3.- Puntos fuertes y débiles. Oportunidades y amenazas D EBILIDADES AMENAZAS Desarrollo del sistema de adquisición de datos como producto comercial(actualmente es un prototipo). Trabajo adicional de mantenimiento y solución de errores hasta que el sistema de adquisición de datos sea un producto maduro (hay fallos sólo detectables tras muchas horas de uso en circuito) Se necesita una inversión de 16000 € para poder fabricar la primera serie y para la publicidad. Empresas competidoras del sector. Que la crisis económica reduzca el número de aficionados al motociclismo FORTALEZAS OPORTUNIDADES Experiencia de los socios de varios años en el mundo de la motocicleta de competición (MotoStudent) y la tecnología. Renombre de estar en el Technopark de Motorland y colaborar con el MEF. La posibilidad de comprar el Kit por partes, por lo que por poco dinero el usuario puede adquirir los sensores que considere. Partimos un producto innovador en su sector a un precio sin competencia. Estrecha relación por parte de los socios con el equipo de competición ProjectRacing, gracias a la actividad en la competición MotoStudent. Gran ventaja competitiva en el precio final de venta. Supervivencia de la empresa en los sin déficit esperados de tesorería. Contrato de colaboración con el departamento HOWLab (I3A) de la Universidad de Zaragoza. Cantidad de personas aficionadas en España al motociclismo. Apoyo económico de Entidades Públicas y Privadas a través de las subvenciones. Plan de Empresa Titular: Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Documento: Plan de Empresa Fecha: Diciembre 2012 Página: 17 de 40 3.4.- Análisis de la competencia Las marcas existentes son muchas con diferentes cuotas de mercado. Una búsqueda no demasiado extensa revela que los precios por los sistemas de adquisición de datos actuales son del orden de 10.000€. El sistema de Bosch, que es la principal marca, se compone de la siguiente forma: En primer lugar se necesita el dispositivo de adquisición de datos que los captura y manda al emisor. Este, a través de radiofrecuencia envía los datos al Pit box, haciendo necesario el sistema receptor de datos. Por último, un modulo de control decodifica la información y la distribuye. Este sistema completo supera los 20000€. Su ratio de emisión es alto pero solo un equipo con alto grado de conocimientos y un gran equipo humano saben sacarle el máximo rendimiento. Fig. 2. Sistema Bosch de telemetría. Cosworth también distribuye sistema de telemetría aunque no están disponibles los precios. El funcionamiento sigue siendo el mismo. Documento: Plan de Empresa El sistema de McLaren se compone de las mismas partes que el de Bosch condensando el emisor y el sistema de adquisición en uno. Estos productos se podrían catalogar en un nivel superior tanto de precio como de prestaciones y como he dicho antes, en manos que no estén muy profesionalizadas son inútiles. Como se comenta en el resumen ejecutivo lo Datarecording y AIM, ya ofertan una sensorización con unas características prácticamente iguales a nuestro producto. Gozan de una buena reputación dentro del mundo de la competición pero por su precio la mayoría de nacionales no pueden permitírselo amateur. A un nivel inferior se puede localizar una competencia emergente en el terreno de las aplicaciones móvil es que utilizan los sensores del teléfono y estos datos puedan ser Plan de Empresa Titular : Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Fecha: Diciembre 2012 El sistema de McLaren se compone de las mismas partes que el de Bosch condensando el emisor y el en uno. Estos productos se podrían catalogar en un nivel superior tanto de precio como de prestaciones y como he dicho antes, en manos que no estén muy profesionalizadas son inútiles. Imagen 6 . Sistema McLaren. Como se comenta en el resumen ejecutivo lo s dos competidores principales serían 2D Datarecording y AIM, ya ofertan una sensorización con unas características prácticamente iguales a nuestro producto. Gozan de una buena reputación dentro del mundo de la competición pero por su precio la mayoría de equipos de categorías nacionales no pueden permitírselo económicamente , así como los aficionados o pilotos Imagen 7. Kit 2D Datarecording A un nivel inferior se puede localizar una competencia emergente en el terreno de las es que utilizan los sensores del teléfono y estos datos puedan ser Plan de Empresa : Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Página: 18 de 40 . Sistema McLaren. s dos competidores principales serían 2D Datarecording y AIM, ya ofertan una sensorización con unas características prácticamente iguales a nuestro producto. Gozan de una buena reputación dentro del equipos de categorías , así como los aficionados o pilotos A un nivel inferior se puede localizar una competencia emergente en el terreno de las es que utilizan los sensores del teléfono y estos datos puedan ser Documento: Plan de Empresa 5.- MARKETING Comenzaremos en internet en mayo de 2013 conocer el producto. En esta web explicaremos el funcionamiento del kit y además un blog comentando los diferentes estados de desa producto, pruebas en circuito, cola A su vez se lanzara una aplicaci (GPS, velocidad, RPM). Esta aplicación contendrá una encuesta con la que obtendremos información muy valio enfocar la publicidad. L as notas de prensa de facebook y linkedin completarían el primer tram Por otro lado y también a partir de de competición para terminar su desarrollo y además la web en la que valorarán técnicamente el producto El segundo tramo de la estrategia comenzará en el momento en que l de unidades estén fabricadas y listas para comercializar todas las actividades que hasta el momento hemos comentado (blog, facebook, etc). La página web se convertirá en tienda online, manteniendo todo que conte página de presentación pero con la opción de comprar el producto y un foro solo para clientes (dudas, experiencias, etc). posicionamiento y en la publicidad en adwords. También desde agosto se hará ferias especializadas en los que se montará un stand desde donde publicitar, mostrar el producto, realizar pruebas e incluso su venta. Fig. 3. Grafico comienzo de las actividades del plan de marketing Aplicación Android 1.0 Notas de prensa a blogs especializados Facebook, linkedin Pueba prototipo por equipo de Posicionamiento Adwords Campaña comercial circuitos, ferias, etc. Actividades Plan de Empresa Titular : Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Fecha: Diciembre 2012 Comenzaremos en internet en mayo de 2013 .C rearemos una página web para dar a conocer el producto. En esta web explicaremos el funcionamiento del kit y además un blog comentando los diferentes estados de desa rrollo por el que ha pasado el pruebas en circuito, cola boraciones con MEF, MotoStudent e A su vez se lanzara una aplicaci ón Andriod que podrá medir algunos de los parámetros (GPS, velocidad, RPM). Esta aplicación contendrá una encuesta con la que obtendremos información muy valio sa a cerca de los compr adores potenciales as notas de prensa a revistas y blogs especializados, la página de facebook y linkedin completarían el primer tram o de la estrategia de marketing Por otro lado y también a partir de mayo de 2013 se prestará un prototipo a un equipo terminar su desarrollo y además obtener reportaje la web en la que valorarán técnicamente el producto . El segundo tramo de la estrategia comenzará en el momento en que l de unidades estén fabricadas y listas para comercializar , agosto 2013 . todas las actividades que hasta el momento hemos comentado (blog, facebook, etc). La página web se convertirá en tienda online, manteniendo todo que conte página de presentación pero con la opción de comprar el producto y un foro solo para clientes (dudas, experiencias, etc). Como ayuda a la difusión de la web se invertirá en posicionamiento y en la publicidad en adwords. También desde agosto se hará una campaña comercial por los circuitos españoles en los que se montará un stand desde donde publicitar, mostrar el producto, realizar pruebas e incluso su venta. Grafico comienzo de las actividades del plan de marketing Pagina Web Aplicación Android 1.0 Notas de prensa a blogs especializados Facebook, linkedin Pueba prototipo por equipo de … Tienda online Posicionamiento Adwords Campaña comercial circuitos, ferias, etc. Plan de Empresa : Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Página: 25 de 40 rearemos una página web para dar a conocer el producto. En esta web explicaremos el funcionamiento del kit y además un que ha pasado el I3A. Andriod que podrá medir algunos de los parámetros (GPS, velocidad, RPM). Esta aplicación contendrá una encuesta con la que adores potenciales y cómo blogs especializados, la página o de la estrategia de marketing . un prototipo a un equipo reportaje para el blog y El segundo tramo de la estrategia comenzará en el momento en que l a primera serie . Se mantendrán todas las actividades que hasta el momento hemos comentado (blog, facebook, etc). La página web se convertirá en tienda online, manteniendo todo que conte nía la página de presentación pero con la opción de comprar el producto y un foro solo para Como ayuda a la difusión de la web se invertirá en una campaña comercial por los circuitos españoles y en los que se montará un stand desde donde publicitar, mostrar el Grafico comienzo de las actividades del plan de marketing Documento: Plan de Empresa Fig. 4. Grafico de distribución de publicidad. 5.1.- Política de precios Como oferta de lanzamiento, se hará una rebaja en el kit completo. Con el interés de conseguir distribuir unas cuantas unidades rápidamente y que gracias al boca (entre amateur) y por reducir ventajas con los contrincantes (entre profesionales) se consiga una publicidad muy valiosa. Además de la oferta de lanzamiento, también se contemplan ofertas por comprar algún artículo en futuras compras y en los equipos (siempre tienen var comprar más de un kit. De esta manera se consigue dar una imagen de que el producto es en realidad más caro y que por lo tanto tiene mejor calidad pero con un precio muy barato por estar de lanzamiento. 5.2.- Distribución Se harán co ntratos de distribución con un taller de preparación de motos en cada una de las ciudades con mayor afición. Distribucion de gastos en publicidad Plan de Empresa Titular : Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Fecha: Diciembre 2012 Fig. 4. Grafico de distribución de publicidad. Política de precios Como oferta de lanzamiento, se hará una rebaja en el kit completo. Con el interés de conseguir distribuir unas cuantas unidades rápidamente y que gracias al boca y por reducir ventajas con los contrincantes (entre profesionales) se consiga una publicidad muy valiosa. Además de la oferta de lanzamiento, también se contemplan ofertas por comprar algún en futuras compras y en los equipos (siempre tienen var ios pilotos) rebajas por De esta manera se consigue dar una imagen de que el producto es en realidad más caro y que por lo tanto tiene mejor calidad pero con un precio muy barato por estar de ntratos de distribución con un taller de preparación de motos en cada una de las ciudades con mayor afición. Distribucion de gastos en publicidad AdWords Stands en circuitos Pagina web Plan de Empresa : Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Página: 26 de 40 Como oferta de lanzamiento, se hará una rebaja en el kit completo. Con el interés de conseguir distribuir unas cuantas unidades rápidamente y que gracias al boca -boca y por reducir ventajas con los contrincantes (entre profesionales) se Además de la oferta de lanzamiento, también se contemplan ofertas por comprar algún ios pilotos) rebajas por De esta manera se consigue dar una imagen de que el producto es en realidad más caro y que por lo tanto tiene mejor calidad pero con un precio muy barato por estar de ntratos de distribución con un taller de preparación de motos en cada una Distribucion de gastos en publicidad Stands en circuitos Pagina web Plan de Empresa Titular: Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Documento: Plan de Empresa Fecha: Diciembre 2012 Página: 27 de 40 6.- PRODUCCIÓN Para la fabricación del producto, todos los procesos productivos serán subcontratados debido a que se necesitaría una gran inversión inicial para fabricarlos, quedando como únicas operaciones el de montaje de algunas partes contratadas en distintas empresas como puede ser montar la placa en la carcasa y realizar el empaquetado del kit y como el volumen de unidades es muy bajo puede ser realizado por el propio personal administrativo y de desarrollo. 6.1.- Procesos, tecnología. La tecnología de fabricación es subcontratada ya que el alcanzar unos niveles de calidad aceptables en el área de ensamblaje electrónico, haría inviable la empresa. Para la fabricación de componentes que requieran procesos más simples como puede ser acabado de carcasas por mecanizado o incluso fabricación de estas, no se descarta la inversión futura en equipos si el volumen de ventas es lo suficientemente amplio como para que sea rentable. 6.2.- Gestión de producción, control stocks, calidad. La gestión de la producción será parte de las empresas subcontratadas pero el control de stocks se ha de realizar por parte de la empresa. Se seguirá una estrategia en la que se descarta la rotura de stock debido a las implicaciones de mala imagen que ello conlleva y que es difícil de estimar, por lo que observando la demanda desde el primer momento se irá actualizando la previsión de esta mediante técnicas estadísticas y fórmulas de regresión y cuando coincida que la demanda prevista vaya a agotar el stock en el mismo tiempo que cuesta reponerlo, se deberá lanzar los pedidos. Para controlar el stock disponible, se utilizaran inventarios informáticos que serán actualizados de forma manual en el momento en el que se produzca un cambio. Se contempla esta opción por la baja cantidad, aunque en caso de un aumento notable de la demanda y por lo tanto de la cantidad de stock a necesitar se habrá de tener en cuenta métodos automáticos basados en códigos de barras. Para establecer criterios de calidad se utilizaran inspecciones en los artículos recibidos, que podrán ser de tipo visual para partes como por ejemplo la carcasa, a test de funcionamiento óptimo en el caso de los circuitos impresos. En el caso de partes que han de ser encajadas en otras o montadas después, se realizaran controles de calidad de tipo pasa-no pasa o comprobación directa con instrumentos de precisión. Plan de Empresa Titular: Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Documento: Plan de Empresa Fecha: Diciembre 2012 Página: 28 de 40 7.- INMOVILIZADO Dado el carácter de la actividad y el hecho de que este en sus primeros años de vida, la empresa no contara con apenas inmovilizado. 7.1.- Terrenos y edificaciones Como se explica en el punto de producción, la empresa subcontrata todos los procesos de fabricación, excepto el montaje y ensamblaje final de todas las piezas así con el embalaje. Al tratarse de un producto ligero y poco voluminoso se utilizara un local de Alfredo Ferrando, que además será el domicilio social de la empresa, como lugar donde se realizarán estos trabajos. Además también se realizarán aquí los trabajos de administración y desarrollo. 7.2.- Instalaciones y maquinaria Hay una habitación de 33m 2 en el domicilio social que se acondicionara para oficina, puesto de montaje y almacén. De esta manera se puede ahorrar el alquiler de un local que supondría un gasto innecesario el primer año. El segundo año, si los pronósticos se cumplen y aumentan las ventas, se alquilara un local. Dependiendo de las previsiones en ese momento se decidirá el tamaño necesario del mismo. La única inversión en equipos que se necesita serían dos ordenadores y una moto de competición para la fase de desarrollo. Estos elementos los aportarían los socios, ya que disponen de ellos en la actualidad. Posteriormente se invertirá en equipos de desarrollo electrónico como pueden ser osciloscopios o estaciones de trabajo. 7.3.- Patentes Una vez desarrollado el prototipo definitivo se procederá a realizar un estudio de las patentes existentes para ver si es viable, sobretodo, antes de empezar a publicitarlo para evitar que puedan plagiar alguna parte del sistema. Plan de Empresa Titular: Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Documento: Plan de Empresa Fecha: Diciembre 2012 Página: 29 de 40 8.- PERSONAL Durante el primer año solo formarían parte de la plantilla de trabajadores los dos socios. En el segundo año se incorporaría a la plantilla un ingeniero informático, este se ocuparía del mantenimiento y desarrollo del sistema inicial y de las posteriores versiones (durante el primer año estos servicios se desarrollan desde el grupo de investigación). 8.1.- Dirección La dirección de la empresa estaría formada por los dos socios. Alfredo Ferrando será el director técnico, y se encargaría de solucionar los problemas que puedan surgir tanto en la fase de desarrollo como en el servicio postventa. Jorge Casaus será el administrador, gerente, director financiero y comercial. Sus labores irán desde el trato con proveedores, clientes importantes (federaciones motociclistas, equipos de competición, asociaciones motociclistas, etc…) y planificación financiera. Ambos estarán al cargo de la estrategia de marketing y de las labores de publicidad que esta requiere. 8.2.- Relaciones laborales Conscientes de la mejora del rendimiento de los trabajadores al sentirse cómodos e integrados en el ambiente laboral, nos hemos marcado como objetivo que los futuros trabajadores desarrollen sus labores bajo un clima abierto y de confianza con los directivos. Se añadirá a la nomina un 2,5% de los beneficios anuales y los productos de la empresa se venderán a precio de coste para los empleados y sus familiares. Plan de Empresa Titular: Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Documento: Plan de Empresa Fecha: Diciembre 2012 Página: 30 de 40 9.- ADMINISTRACIÓN 9.1.- Procesos administrativos, contabilidad y facturación. Los procesos administrativos correrán a cargo de Jorge Casaus. Esto incluye el cobro y emisión de facturas, las gestiones en administraciones públicas y privadas y la correcta organización de estas. La contabilidad tanto de la empresa como de los socios, las gestiones relacionadas con los trámites para pedir ayudas y subvenciones, trámites para dar de alta trabajadores además de otros trámites burocráticos que pudieran surgir serán subcontratas a la asesoría Afiris de Zaragoza. 9.2.- Tesorería, bancos, garantías La tesorería estará controlada por el director financiero, durante el primer año se evaluara la fluidez de ingresos y se estudiará formas de financiación para la segunda serie de unidades que se fabricará según la situación de la empresa en ese momento. En cuanto a los bancos no ofrecen ninguna ventaja por ser emprendedores y jóvenes, para poder obtener alguna ventaja hay que dirigirse al instituto aragonés de la juventud donde conceden microcréditos sin aval. La cuenta estaría a nombre de la sociedad y estaría mancomunada por ambos socios que serían apoderados. Plan de Empresa Titular: Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Documento: Plan de Empresa Fecha: Diciembre 2012 Página: 31 de 40 10.- ANALISIS ECONOMICO 10.1.- Ventas, evolución y tendencias del producto Para los tres primeros años, realizando una previsión pesimista se ha hecho una previsión de ventas de: 1 er año: 60 unidades 2º año: 200 unidades 3 er año: 400 unidades 4º año: 400 unidades 5º año: 600 unidades Se estima que la demanda aumentara en el segundo año por el esfuerzo de marketing realizado y se mantendrá debido a que la cuota de mercado disponible se irá copando. Plan de Empresa Titular: Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Documento: Plan de Empresa Fecha: Diciembre 2012 Página: 32 de 40 10.2.- Costes: Producción, comercial y estructura COSTES DEL PRODUCTO Concepto Unidades Precio(€) Total(€) Unidad lógica Flyport 1 33,06 33,06 Total(€) 33,06 Placa base y componentes electrónicos Placa base 1 4,13 4,13 Condensador cerámico 5 0,17 0,83 Condensador electrolítico 1 0,17 0,17 Header 13X2 1 5,99 5,99 Header 6 1 1,47 1,47 Header 12X2 1 6,86 6,86 Resistencia 8 0,04 0,33 HCF4538 1 0,58 0,58 LM358 1 0,09 0,09 Voltaje Reg. 1 0,52 0,52 Leds 12 0,21 2,48 Total(€) 23,45 Carcasa Carcasa 1 28,93 28,93 Total(€) 28,93 Sensores Potenciómetro lineal 2 8,26 16,53 Carcasa sensor suspension 2 24,79 49,59 Potenciómetro angular 1 8,26 8,26 Carcasa sensor acelerador 1 16,53 16,53 iman 2 0,83 1,65 Sensor magnetico velocidad 1 0,66 0,66 Carcasa sensor velocidad 1 2,48 2,48 receptor Infrarrojos 1 1,65 1,65 Carcasa receptor infrarrojos 1 2,48 2,48 Placa emisor infrarrojos 1 4,13 4,13 Carcasa emisor infrarrojos 1 8,26 8,26 Temperatura agua 1 8,26 8,26 Placa sensor presión 1 8,26 8,26 Carcasa sensor presión 1 8,26 8,26 Cableado 1 4,13 4,13 Total(€) 141,16 Coste total kit completo Unidad logica 1 33,06 33,06 Placa base y componentes 1 23,45 23,45 Carcasa 1 28,93 28,93 Sensores 1 141,16 141,16 Total(€) 226,59 Coste kit sin sensores Unidad lógica 1 33,06 33,06 Placa base y componentes 1 23,45 23,45 Carcasa 1 28,93 28,93 Total(€) 85,43 Plan de Empresa Titular: Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Documento: Plan de Empresa Fecha: Diciembre 2012 Página: 33 de 40 ANALISIS FINANCIERO Concepto 2013 2014 2015 2016 2017 Producción y Servicios Carcasas 6991,74 4990,91 6654,55 8872,73 7763,64 Flyport 1983,47 5950,41 23113,18 30817,57 26965,37 Sensores de posición 1487,60 4462,81 6556,93 8742,57 7649,75 Material para sensores 981,82 2945,45 4917,70 6556,93 5737,31 Circuitos impresos 2148,76 6446,28 3245,68 4327,57 3786,63 Gastos derivados de la distribución 1239,67 3719,01 7103,34 9471,12 8287,23 Total 14833,06 28514,88 51591,37 68788,49 60189,93 Subcontratas Programador 1652,89 3305,79 4958,68 0,00 0,00 Total 1652,89 3305,79 4958,68 0,00 0,00 Personal Sueldos y Salarios 35000 35000 Coste Seg. Social 2520 4320 8640 9640 9640 Indemnizaciones Total 2520 4320 8640 44640 44640 I+D Desarrollo externo 1652,89 2479,34 3719,01 5578,51 8367,77 Material 578,51 867,77 1301,65 1952,48 2928,72 Total 2231,40 3347,11 5020,66 7530,99 11296,49 Gestión Seguros 231,40 247,93 264,46 289,26 330,58 Gastos Constitución 150,00 Gastos 1er establecimiento capacidad. 200,00 Asesoría 240,00 661,16 743,80 909,09 1074,38 Total 821,40 909,09 1008,26 1198,35 1404,96 Marketing, representacion y ventas AdWords 413,22 413,22 413,22 413,22 413,22 Stands en circuitos 2492,56 3719,01 4545,45 5371,90 6198,35 Pagina web 565,29 330,58 413,22 495,87 495,87 Total 3471,07 4462,81 5371,90 6280,99 7107,44 Oficina, almacén y suministros Oficina-almacen - 6000 6000 6000 6000 Suministros (energía, agua,…) 495,87 1239,67 1239,67 1239,67 1239,67 Mantenimiento 115,70 247,93 247,93 247,93 247,93 Total 611,57 7487,60 7487,60 7487,60 7487,60 Mobiliario y consumibles de oficina Mesa 82,64 - 82,64 - - Silla 41,32 - 41,32 - - Papeleria 289,26 661,16 661,16 661,16 661,16 Informatica 600,00 600,00 900,00 1200,00 1500,00 Total 1013,22 1261,16 1685,12 1861,16 2161,16 Plan de Empresa Titular: Aragón Instruments Documento de:A. Ferrando y J. Casaus Documento: Plan de Empresa Fecha: Diciembre 2012 Página: 34 de 40 Equipos Moldes - - 8264,46 - 8264,46 Equipos de investigación - 826,45 826,45 826,45 826,45 Equipos de medida y calidad - 330,58 495,87 743,80 1115,70 Total 0 1157,02 9586,78 1570,25 10206,61 Otros Pagos Gastos Excepcionales Liquidación Costes Salariales Previsión Liquidación I.V.A. Liquidación Compensaciones IVA -1066,11 4704,55 12684,81 19874,46 18687,96 Liquid. retenciones salariales Impuesto sociedades Dividendos Intereses Líneas Crédito OTROS PAGOS - NO GENERADOS OPER. Gastos Formalización Deudas Total -1066,1075 4704,5519 12684,8072 19874,4575 18687,9592 COSTES TOTALES Produccion/Servicio 14833,06 28514,88 51591,37 68788,49 60189,93 Subcontratas 1652,89 3305,79 4958,68 0,00 0,00 Personal 2520,00 4320,00 8640,00 44640,00 44640,00 I+D 2231,40 3347,11 5020,66 7530,99 11296,49 Gestion 821,40 909,09 1008,26 1198,35 1404,96 Marketing, representacion y ventas 3471,07 4462,81 5371,90 6280,99 7107,44 Oficina, almacén y suministros 611,57 7487,60 7487,60 7487,60 7487,60 Mobiliario y consumibles de oficina 1013,22 1261,16 1685,12 1861,16 2161,16 Equipos 0,00 1157,02 9586,78 1570,25 10206,61 Otros pagos - - - - - TOTAL(€) 27154,63 54765,45 95350,37 139357,83 144494,18 Costes indirectos y post venta(10%) 2715,46 5476,55 9535,04 13935,78 14449,42 Total 29870,09 60242,00 104885,41 153293,61 158943,60 Concepto Total(€) Total(€) Total(€) Total(€) Total(€) INGRESOS TOTALES Venta del producto 24793,39 82644,63 165289,26 247933,88 247933,88 Total 24793,39 82644,63 165289,26 247933,88 247933,88 RESULTADOS Beneficio bruto(€) -5076,70 22402,63 60403,84 94640,27 88990,28 G. DATASHEETS. Anexo Datasheets -2DATASHEET FABRICANTE REFERENCIA 74HC164 Philips 74HC164N Chokes and inductors Epcos B82144A2472K Flyport wifi datasheet Openpicus Flyport Wi-Fi GPS Firmware Tyco Electronics A 1037-A HCF4538 monoestable multivibrator ST Microelectronics HCF4538B Header2x13_SMD Samtec Samtec TSS-113-DV-G-D-01 IR Emitter Vishay TSUS540 IR Receiver Module Vishay TSOP39338 LM358 Texas instruments LM358 MC78M05LM78M05 Fairchild LM78M05 NE555 Texas instrument NE555P NTGS3446 N-Channel Mosfet ON Semiconductor NTGS3446T1 PIC24 Family DataSheet Microchip PIC24FJ256 Schottky ON Semiconductor MBRM110L SOFTPOTDATASHEETREV F2 SPECTRASYMBOL SP-L-0100-103-1%-ST Step-up driver NCP1450-D85440 ON Semiconductor NCP1450-D-85440 Ugn3503 Allegro Ugn3503