Autonivelación de mesa con sensores ultrasónicos. Diseño y simulación.

Curso: 2020-2021 Fecha: 4, noviembre, 2020 Alumna: Vidaurre, Gutiérrez, Famara Directora: Otaegi, Aizpeolea, Aloña GRADO EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Y AUTOMÁTICA TRABAJO FIN DE GRADO AUTONIVELACIÓN DE MESA CON SENSORES ULTRASÓNICOS. DISEÑO Y SIMULACIÓN Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado RESUMEN En el sector de la hostelería, la presencia de los pavimentos irregulares presenta un problema de estabilidad. Debido a ello, las mesas sufren un desequilibrio. Para solucionar este problema, en este proyecto, se ha diseñado el control de la mesa llegando a la automatización del nivelado con un software libre como es el Arduino y simulado con Proteus Design Suite. Debido a que se tuvo que controlar varios elementos electrónicos de diferentes características (motor, actuadores lineales, sensores…), se ha realizado el diseño del programa en el que se trata la señal recibida del sensor para activar el mecanismo y finalmente nivelar la mesa. El primer paso ha sido el planteamiento del diagrama de flujo para observar en una idea general la programación. En segundo lugar, se ha planteado el organigrama y el diagrama de bloques, concretando de esta forma las necesidades del proyecto y visualizando los elementos que serán necesarios para su desarrollo. Una vez se han establecidos los criterios y los elementos tanto mecánicos como electrónicos, se ha realizado un estudio teórico de estos mecanismos. De esta forma, se han valorado las características de cada elemento y se ha elegido de forma justificada cada uno de ellos, llevando a cabo el control electrónico mediante la placa de desarrollo Arduino Mega; el sistema de actuación con disposición de cuatro motores, cuatro sensores de distancia ultrasonidos y cuatro actuadores lineales; y la alimentación mediante una batería recargable. En tercer lugar se ha realizado el conexionado de cada elemento, llevando a cabo la programación en Arduino y la posterior simulación en Proteus comprobando el correcto funcionamiento y la compatibilidad de elementos. De esta forma, se ha llegado a la autonivelación procesando las señales de los dispositivos, y se ha solucionado el desnivelado. Palabras clave: Automatización, control, autonivelación Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado LABURPENA Ostalaritzaren sektorean, zoladura irregularren presentziak egonkortasun-arazoak dakartza. Hori dela eta, mahaiak desorekatu daitezke. Arazo hori konpontzeko, proiektu honetan mahaiaren kontrola diseinatu da, Arduino software librez lagunduta eta Proteus Design Suite bitartez simulatuta. Proiektuaren diseinuan zehar hainbat eragingailu desberdin kontrolatu behar izan dira (besteak beste, motorrak, eragingailu linealak eta sentsoreak). Gauzak horrela, sentsoretik hartutako seinalea tratatzen duen programaren diseinua egin da mekanismoa aktibatzeko eta, azkenik, mahaia nibelatzeko. Lehenengo urratsa fluxu-diagrama planteatzea izan da, programazio orokorraren antolaketa egiteko. Bigarrenik, organigrama eta blokeen diagrama planteatu dira, horrela, proiektuaren beharrak zehaztu eta haren garapenerako beharrezkoak diren elementuak irudikatzeko. Irizpideak eta elementu mekaniko eta elektronikoak ezarri ostean, horien analisi teorikoa egin da. Horrela, elementu bakoitzaren ezaugarriak balioetsi dira eta modu justifikatuan hautatu. Kontrol elektronikoa Arduino Mega garapen txartelaren bidez egin da; sistema eragileak lau motor, lau ultrasoinuzko distantzia-sentsore eta lau eragile lineal ditu; elikadura, berriz kargatzeko bateria baten bitartez egiten da. Hirugarrenik, elementu bakoitzaren konexioa egin da; programazioa Arduinoz eta ondorengo simulazioa Proteus Design Suiten bitartez, funtzionamendua zuzena dela eta elementuen arteko bateragarritasuna egiaztatzeko. Gauzak horrela, auto-nibelazioa lortu da, gailuen seinaleak prozesatuz eta desoreka konpondu da. Gako-hitzak: automatizazio, kontrol, autonibelazio Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado ABSTRACT In the hotel and catering sector, the presence of uneven pavements, causes a stability problem. Due to that, the tables have an imbalance issue. To solve this situation, through this project, the control of the table has been designed, reaching to the automation of the levelling with free softwares such as Arduino, and it is simulated with Proteus Design Suite. Since several electronic elements of different characteristics had to be controlled (motor, linear actuators, sensors...), a design of the program has been carried out, in which the signal that is received from the sensor is treated to activate the mechanism and finally, level the table. The first step has been the approach of the flow chart to observe the programming in a general idea. Secondly, the organization chart and the block diagram have been proposed, specifying in this way, the needs of the project and visualizing the elements that will be necessary for its development. Once the criteria and the mechanical and electronic elements have been established, a theoretical study of these mechanisms has been carried out. In this way, the characteristics of each element have been assessed, and each one of them has been chosen in a justified way, carrying out the electronic control through the Arduino Mega development board; the actuation system with a layout of four motors, four ultrasonic distance sensors and four linear actuators; and the power supply through a rechargeable battery. Thirdly, the connection of each element has been made, carrying out the programming in Arduino and the subsequent simulation in Proteus, checking the correct operation and compatibility of the elements. In this way, self-levelling has been achieved by processing the signals from the devices, and the unevenness has been solved. Keywords: Automation, control, self-levelling Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado i ÍNDICE DE CONTENIDO 1. INTRODUCCION .................................................................................................... 1 2. OBJETIVOS.............................................................................................................. 3 3. REQUISITOS DE PARTIDA ................................................................................... 4 4. FUNDAMENTOS TEÓRICOS ................................................................................ 8 4.1 Microcontrolador ................................................................................................. 8 4.3 Motor .................................................................................................................. 17 4.4 Sensor ................................................................................................................. 19 4.5 Pulsador .............................................................................................................. 23 4.6 Batería ................................................................................................................ 24 5. SELECCIÓN JUSTIFICADA DE COMPONENTES ............................................ 26 5.1 Microcontrolador ............................................................................................... 26 5.2 Actuador ............................................................................................................. 27 5.3 Motor .................................................................................................................. 28 5.4 Sensor ................................................................................................................. 30 5.5 Activador (pulsador) .......................................................................................... 33 5.6 Batería ................................................................................................................ 34 6. DISEÑO .................................................................................................................. 37 6.1 Conexionado de los elementos seleccionados ................................................... 37 6.1.1 Arduino ........................................................................................................ 37 Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado ii 6.1.2 Sensor .......................................................................................................... 43 6.1.3 Motor ........................................................................................................... 45 6.1.4 Leds para el aviso de errores ...................................................................... 48 6.2 Diseño gráfico .................................................................................................... 49 6.3 Diagrama de flujo............................................................................................... 51 6.4 Programación ..................................................................................................... 57 7. SIMULACIÓN ........................................................................................................ 60 8. PRESUPUESTO ..................................................................................................... 64 8.1. Coste en recursos humanos ............................................................................... 64 8.2. Coste de software asociado ............................................................................... 65 8.3. Coste de material ............................................................................................... 66 9. DIAGRAMA DE GANTT ...................................................................................... 67 10. CONCLUSIONES ................................................................................................. 72 11. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 74 Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado iii ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1Mesa con irregularidad del suelo ................................................................... 4 Figura 2Organigrama abstracto del autoajuste del sistema ......................................... 5 Figura 3Diagrama de bloques global ........................................................................... 6 Figura 4Mesa acero como punto de partida para la autonivelación ............................ 7 Figura 5Pinout Arduino Uno ..................................................................................... 10 Figura 6Pinout Arduino Mega ................................................................................... 12 Figura 7Partes motor DC ........................................................................................... 18 Figura 8Representación transductor de distancia ...................................................... 19 Figura 9 - Esquema sensores proximidad .................................................................... 20 Figura 10Actuador lineal 12V ................................................................................... 28 Figura 11Gráfica carga-intensidad motor .................................................................. 29 Figura 12Gráfica carga-velocidad motor .................................................................. 29 Figura 13Sensor HC-SR04 ........................................................................................ 31 Figura 14-Funcionamiento HC-SR04 .......................................................................... 32 Figura 15Pulsador seleccionado ................................................................................ 33 Figura 16Batería recargable ..................................................................................... 34 Figura 17Tensión salida step-down 10kHz ............................................................... 39 Figura 18Tensión salida step-down 1kHz ................................................................. 39 Figura 19Simulación step-down Proteus ................................................................... 40 Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado iv Figura 20Conexionado regulador tensión LM7809CT ............................................. 40 Figura 21Característica regulador de tensión LM7809 ............................................. 41 Figura 22Disipador térmico HS115-ND ................................................................... 42 Figura 23Circuito Pull Down pulsador ..................................................................... 43 Figura 24Conexión sensores ampliado...................................................................... 44 Figura 25Conexionado sensores ................................................................................ 44 Figura 26Esquema general controlador motor y arduino .......................................... 46 Figura 27Conexionado del driver motor uno del actuador ........................................ 46 Figura 28Pines efecto hall ......................................................................................... 47 Figura 29Conexionado sensor de tensión FZ0430 .................................................... 49 Figura 30Prototipo mesa ........................................................................................... 50 Figura 31Vista superior prototipo mesa .................................................................... 50 Figura 32Vista inferior prototipo mesa ..................................................................... 51 Figura 33Diagrama de flujo ...................................................................................... 56 Figura 34Simulación pulsador y led .......................................................................... 60 Figura 35Simulación lectura sensor ultrasonido 140cm ........................................... 61 Figura 36Simulación lectura sensor ultrasonido 379cm ........................................... 61 Figura 37Simulación motor con driver ..................................................................... 62 Figura 38Simulación proyecto .................................................................................. 63 Figura 39Diagrama de Gantt ..................................................................................... 71 Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado v ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1Descripción de los pines de Arduino Uno ..................................................... 10 Tabla 2Descripción pines Arduino Mega .................................................................. 15 Tabla 3Comparativa actuadores ................................................................................ 17 Tabla 4Comparativa Brushless-Brushed ................................................................... 18 Tabla 5Comparativa sensores .................................................................................... 22 Tabla 6Material a detectar ......................................................................................... 23 Tabla 7Comparativa baterías ..................................................................................... 25 Tabla 8Comparación Arduino Uno y Mega .............................................................. 26 Tabla 9Características motor ..................................................................................... 28 Tabla 10Características sensor HC-SR04 ................................................................. 31 Tabla 11Pines sensor HCSR04 ............................................................................... 32 Tabla 12Voltaje e intensidades elementos ................................................................ 37 Tabla 13Características HS115-ND .......................................................................... 41 Tabla 14Pines empleados en sensores ....................................................................... 44 Tabla 15Referencia pines motor conexión estándar .................................................. 45 Tabla 16Pines conexión motor 1, 2, 3 y 4 ................................................................. 47 Tabla 17Referencia pines conexión efecto hall ......................................................... 47 Tabla 21Error por aproximación de tiempo .............................................................. 59 Tabla 22Presupuesto recursos humanos .................................................................... 64 Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 6 El organigrama funcional está subdivido en dos bifurcaciones principales: - La primera bifurcación hace referencia a la finalidad que se desea conseguir con el proyecto, enfocándose en la facilitación laboral que se puede obtener en el campo de hostelería, tanto dirigido a la comodidad de los clientes como de los trabajadores. - La segunda bifurcación se centra en cómo se logrará la finalidad. Para ello se presentan tres sistemas: El control de la mesa, el accionamiento que permitirá la estabilización y la alimentación necesaria. Las tres ramificaciones a su vez contienen un subnivel con los componentes que conforman estos tres sistemas. El sistema electrónico de control se realizará con un microcontrolador PIC integrado en una placa. Además, la activación del nivelado se ejecutará mediante un pulsador, la lectura de la altura, mediante los sensores; y la respuesta a la lectura será efectuada por los motores. El sistema de accionamiento permitirá proceder al movimiento, tras la recepción de la señal procesada por el controlador. Este movimiento será realizado por los actuadores. El sistema de alimentación permitirá obtener la energía necesaria para el funcionamiento de cada sistema. La energía eléctrica será suministrada por una batería. Tras el análisis del organigrama, se presenta un diagrama de bloques global en la Figura 3 en el que se observan los principales elementos que componen la estructura para el funcionamiento. La inestabilidad es detectada por el sensor tras pulsar el activador. La lectura del sensor la realiza un microcontrolador, creando de esta manera la señal que recibe el motor para la realización del movimiento de las patas para la nivelación de altura. Figura 3Diagrama de bloques global Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 7 Para realizar la programación y solucionar el problema mencionado de estabilización, se tiene como punto de partida la mesa con la que se trabaja en dicho establecimiento, teniendo en cuenta sus características, determinantes para la elección de los elementos que constituirán el proyecto.  Medidas: Alto: 720 mm; Ancho: 600 mm; Profundo: 600 mm  Altura de las patas: 681mm.  Peso: 8,5 kg peso  Cuatro patas, cuatro elementos a regular El peso será una característica determinante para la selección de los elementos de elevación. Por ello, se estima que en torno a una mesa como máximo por norma general hay 10 personas. El recipiente más pesado que se encuentra en el establecimiento pesa 880 gr, cuya suma con el peso del líquido será de 1,4 kg. Por ello, se estima que el peso máximo que tendrá la superficie será de 36,5 kg, teniendo en cuenta 20 recipientes llenos más el peso de la mesa. Figura 4Mesa acero como punto de partida para la autonivelación Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 8 4. FUNDAMENTOS TEÓRICOS En este apartado se presentan las características de cada elemento que formará parte del proyecto. Entre ellos se encuentran el microcontrolador, el actuador, el motor, el sensor, el activador y la batería. 4.1 Microcontrolador Es un circuito integrado que en su interior contiene una unidad central de procesamiento (CPU), unidades de memoria (RAM y ROM), puertos de entrada y salida y periféricos. Estas partes están interconectadas dentro del microcontrolador, y en conjunto forman lo que se le conoce como microcomputadora. Arduino Uno es una placa electrónica basada en el microcontrolador ATmega328. Cuenta con 14 entradas/salidas digitales, de las cuales seis pueden ser utilizadas como salidas PWM (modulación por ancho de pulsos) y otras seis son entradas analógicas. Además, incluye un reloj de 16 MHz, un conector USB, un conector de alimentación, un conector ICSP (In circuit Serial Programming) y un botón de reseteo. El conector ICSP sirve para programar el BootLoader del microprocesador y así poder cagar los programas directamente en el micro sin tener necesidad de programas externos. La placa incluye todo lo necesario para que el microcontrolador haga su trabajo, únicamente se debe conectar la placa a un ordenador con un cable USB o a la corriente eléctrica a través de un transformador. - Características Técnicas:  Micro controlador: ATmega328  Voltaje: 5V  Voltaje de entrada recomendado: 7-12V  Voltaje límite de entrada: 6-20V  Digital I/O Pins: 14, de los cuales 6 son salida PWM  Entradas Analógicas: 6  DC Current per I/O Pin: 40 mA Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 9  DC Current parar 3.3V Pin: 50 mA  Memoria Flash: 32 kB de los cuales 0.5 kB son utilizados para el arranque.  SRAM: 2 kB  EEPROM: 1 kB  Velocidad de reloj: 16 MHz Nombre del pin Descripción Vin Tensión de alimentación de arduino cuando se va a utilizar una fuente de alimentación externa 3.3V Fuente de alimentación de 3.3V. Corriente máxima de 50mA. 5V Alimentación regulada utilizada para alimentar el microcontrolador y otros componentes de la placa. Esta puede venir de VIN a través de un regulador en placa o ser proporcionada por USB u otra fuente regulada de 5V. Reset Sirve para resetear el microcontrolador A0 - A5 6 entradas analógicas que varían entre 0V y 5V Digital pins 0 - 13 Pines digitales que pueden configurarse como entradas o salidas 0(Rx), 1(Tx) Estos pines no se pueden utilizar como e/s digitales si se están utilizando comunicación serie (por ejemplo Serial.begin). 2, 3 Interrupciones externas 3, 5 6, 9, 11 Salidas PWM de 8 bits 13 Único pin que tiene un led conectado en serie a la entrada, si se quiere testear algo mediante el brillo de un led, se puede utilizar este pin Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 10 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO) and 13 (SCK) Comunicación SPI A4 (SDA), A5 (SCA) Comunicación TWI AREF Mantiene una tensión de referencia. Es útil para realizar conversiones analógicas a digitales. Tabla 1Descripción de los pines de Arduino Uno Pinout Figura 5Pinout Arduino Uno Arduino Mega es una tarjeta de desarrollo open-source construida con un microcontrolador modelo Atmega2560 que posee pines de entradas y salidas (E/S), Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 11 analógicas y digitales. Esta tarjeta es programada en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje Processing/Wiring. El Arduino Mega tiene 54 pines de entradas/salidas digitales (14 de las cuales pueden ser utilizadas como salidas PWM), 16 entradas análogas, 4 UARTs (puertos serial por hardware), cristal oscilador de 16MHz, conexión USB, jack de alimentación, conector ICSP y botón de reset. Arduino. Arduino Mega es compatible con la mayoría de los shields diseñados para Arduino Duemilanove, diecimila o UNO. Esta nueva versión de Arduino Mega 2560 utiliza un microcontrolador ATMega8U2 en vez del circuito integrado FTDI. Esto permite mayores velocidades de transmisión por su puerto USB y no requiere drivers para Linux o MAC. Además ahora cuenta con la capacidad de ser reconocido por el PC como un teclado, mouse, joystick, etc. Características técnicas  Microcontrolador: ATmega2560  Voltaje Operativo: 5V  Voltaje de Entrada: 7-12V  Voltaje de Entrada (límites): 6-20V  Pines digitales de Entrada/Salida: 54 (de los cuales 15 proveen salida PWM)  Pines análogos de entrada: 16  Corriente DC por cada Pin Entrada/Salida: 40 mA  Corriente DC entregada en el Pin 3.3V: 50 mA  Memoria Flash: 256 KB (8KB usados por el bootloader)  SRAM: 8KB  EEPROM: 4KB  Velocidad de reloj: 16 MHz Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 12 Pinout Figura 6Pinout Arduino Mega Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 13 Nombre del pin Descripción Vin Tensión de alimentación de arduino cuando se va a utilizar una fuente de alimentación externa 3.3V Fuente de alimentación de 3.3V. Corriente máxima de 50mA. 5V Fuente de alimentación de 5V Reset Sirve para resetear el microcontrolador 0(Rx), 1(Tx) Serie 0. Usados para recibir (RX) y transmitir (TX) datos a través de puerto serie TTL. Estos pines están conectados a los pines correspondientes del chip FTDI USB-to-TTL 19 (Rx), 18 (Tx) Serie 1. Usados para recibir (RX) transmitir (TX) datos a través de puerto serie TTL 17 (Rx), 16 (Tx) Serie 2. Usados para recibir (RX) transmitir (TX) datos a través de puerto serie TTL 15 (Rx), 14 (Tx) Serie 3. Usados para recibir (RX) transmitir (TX) datos a través de puerto serie TTL 2 Interrupción externa (interrupción 0). Este pin se puede configurar para lanzar una interrupción en un valor LOW (0V), en flancos de subida o bajada (cambio de LOW a HIGH (5V) o viceversa), o en cambios de valor. Ver la función attachinterrupt() para más detalles. Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 14 3 Interrupción externa (interrupción 1). Este pin se puede configurar para lanzar una interrupción en un valor LOW (0V), en flancos de subida o bajada (cambio de LOW a HIGH (5V) o viceversa), o en cambios de valor. Ver la función attachinterrupt() para más detalles. 18 Interrupción externa (interrupción 5). Este pin se puede configurar para lanzar una interrupción en un valor LOW (0V), en flancos de subida o bajada (cambio de LOW a HIGH (5V) o viceversa), o en cambios de valor. Ver la función attachinterrupt() para más detalles. 19 Interrupción externa (interrupción 4). Este pin se puede configurar para lanzar una interrupción en un valor LOW (0V), en flancos de subida o bajada (cambio de LOW a HIGH (5V) o viceversa), o en cambios de valor. Ver la función attachinterrupt() para más detalles. 20 Interrupción externa (interrupción 3). Este pin se puede configurar para lanzar una interrupción en un valor LOW (0V), en flancos de subida o bajada (cambio de LOW a HIGH (5V) o viceversa), o en cambios de valor. Ver la función attachinterrupt() para más detalles. 21 Interrupción externa (interrupción 2). Este pin se puede configurar para lanzar una interrupción en un valor LOW (0V), en flancos de subida o bajada (cambio de LOW a HIGH (5V) o viceversa), o en cambios de valor. Ver la función attachinterrupt() para más detalles. 0 al 13 Salidas PWM de 8 bits de resolución (valores de 0 a 255) Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 15 13 Único pin que tiene un led conectado en serie a la entrada, si se quiere testear algo mediante el brillo de un led, se puede utilizar este pin. SPI: 50 (SS), 51 (MOSI), 52 (MISO), 53 (SCK) Proporcionan comunicación SPI, usando librerías SPI A0 - A15 16 entradas analógicas con una resolución de 10 bits (1024 valores). Por defecto se mide desde 0V a 5V, aunque es posible cambiar la cota superior de este rango usando el pin AREF y la función analogReference(). 20 (SDA) y 21 (SCL) Soporte para el protocolo de comunicación I2C (TWI) usando la librería Wire. AREF Voltaje de referencia para las entradas analógicas Tabla 2Descripción pines Arduino Mega 4.2 Actuador Un actuador es un dispositivo mecánico cuya función es proporcionar fuerza para mover o “actuar” sobre otro dispositivo mecánico. Con los avances en tecnología y el paso a la era de la automatización, el funcionamiento de los dispositivos a partir de la fuerza de trabajo humana se han quedado atrás para dar lugar a la automatización de estos elementos mediante actuadores. La fuerza que provoca un actuador proviene de tres fuentes posibles: presión neumática, hidráulica o fuerza motriz eléctrica. Por lo que, dependiendo del origen de la fuerza, el actuador se denominará neumático, hidráulico o eléctrico. A continuación se procede a la información de estos tres tipos de actuadores: Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 22 Alcance Material a detectar Interferencia Vida útil de contacto Velocidad de conmutación Magnético Máx. 100mm Objetos imantados Sensible a interferencia magnética cerca al sensor 5 millones de ciclos 2ms Inductivo 0.8250mm Objeto con componentes metálicos Sensible a campos electromagnéticos Mayor que los magnéticos Conmutación típica: 0.1s0.2ms y máxima de 0.05ms Capacitivo 5-60mm Objetos con constante dieléctrica > 1 Sensibles a la suciedad Muy elevada 3.3ms Óptico Barrera 100 m Todo tipo, sin ser muy transparentes Sensible a la suciedad Elevada De 50 a 0.1ms Retrorreflexión 10 m Todo tipo, sin ser muy transparentes Sensible a la suciedad Elevada De 100 a 1ms Reflexión directa 50 mm a 2m Todo tipo con un grado de reflectividad Sensibles a la suciedad Elevada De 100 a 2 ms Ultrasónico 50 mmmáxima de 10 m Amplia gama de materiales Cambios por temperatura y humedad Muy larga De 1s a 8ms Tabla 5Comparativa sensores Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 23 También se debe analizar el tipo de material del que se compone el objeto a detectar y a qué distancia se dispondrá: Material Distancia Tipo de sensor Sólido Metálico < 50 mm Inductivo > 50 mm Óptico o ultrasónico No metálico < 50 mm Capacitivo > 50 mm Óptico o ultrasónico Magnético < 50 mm Magnético > 50 mm Óptico o ultrasónico Líquido Transparente < 50 mm Capacitivo > 50 mm Ultrasónico Opaco < 50 mm Capacitivo > 50 mm Óptico Tabla 6Material a detectar 4.5 Pulsador Un pulsador es un interruptor o switch cuya función es permitir o interrumpir el paso de la corriente eléctrica de manera momentánea, a diferencia de un switch común, un pulsador solo realiza su trabajo mientras lo tenga presionado, es decir sin enclavamiento. Existen pulsadores normalmente cerrados, cuyo circuito permanece cerrado en estado de reposo y se abre cuando se presiona; y normalmente abiertos, cuyo circuito está abierto en estado de reposo y se cierra cuándo se presiona. Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 24 4.6 Batería Una batería eléctrica, también llamada pila o acumulador eléctrico, es un artefacto compuesto por celdas electroquímicas capaces de convertir la energía química en su interior en energía eléctrica, mediante la acumulación de corriente alterna. De esta manera, sirven para alimentar distintos circuitos eléctricos, dependiendo de su tamaño y potencia. A continuación se realiza una clasificación atendiendo a su carga, existiendo dos tipos: - Batería primaria Su reacción electroquímica es irreversible, por ello después de que la batería se ha descargado no puede volver a cargarse. - Batería secundaria Su reacción electroquímica es reversible, por ello después de que al batería se ha descargado puede ser cargada mediante corriente continua de una fuente externa. Según los elementos empleados en su fabricación se pueden distinguir baterías de: - Plomo-ácido - Nickel-cadmio(NiCd) - Nickel-hidrurometálico(Ni-Mh) - Ion-Litio(Li-ion) - Polímero-Litio(Li-poly) Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 25 La comparación de las diferentes características de cada una de ellas es la siguiente: Plomo Ni-Cd Ni-Mh Li-ion Li-Po Energía 30-50 Wh/Kg 48-80 Wh/kg 60-120 Wh/kg 110-160 Wh/kg 100-130 Wh/kg Tensión 2 V 1,25 V 1,25 V 3,16 V 3,7 V Número de cargas (Duración) 1000 500 1000 4000 5000 Tiempo de carga 8-16h 10-14h 2-4h 2-4h 1-1,5h Auto descarga 5 % 30% 20% 25% 10% Tabla 7Comparativa baterías Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 26 5. SELECCIÓN JUSTIFICADA DE COMPONENTES En base a los conocimientos mostrados en la Figura 3 en el diagrama de bloques, y los conceptos básicos establecidos, se presentan los elementos empleados en el proyecto serán los siguientes:  Microcontrolador  Cuatro actuadores  Cuatro motores  Cuatro sensores  Pulsador para la activación de la autonivelación  Batería de carga del sistema. A continuación se presentan las diferentes opciones y los motivos de la determinación de éstas. 5.1 Microcontrolador Los PIC que se valoran para el desarrollo de este proyecto son el 16, 24 y los integrados en la placa Arduino Uno y Mega. La infinidad de opciones, librerías, información y componentes compatibles hacen que el PIC a seleccionar sea el integrado en la placa de Arduino. A continuación se presentan las diferencias entre el Arduino Uno y Mega que se han analizado para la elección de uno de ellos. Arduino Uno Arduino Mega Memoria Flash 32 KB 256 KB Memoria SRAM 2 KB 8 KB Memoria EEFROM 1 KB 4 KB I/O digital 14 (4 salidas PWM) 54 (15 salidas PWM) Tabla 8Comparación Arduino Uno y Mega Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 27 La primera característica a valorar es el número de pines digitales, no siendo suficiente el número de pines de Arduino Uno. Además, también se evalúa la memoria SRAM, la cual al ser 4 veces mayor ofrece más espacio para crear y manipular variables cuando se ejecuta. 5.2 Actuador La elección del actuador depende de los siguientes factores:  Carga a elevar: 8,5 kg de mesa, más los dispositivos y consumiciones. Como se ha establecido en requerimientos iniciales, será de en torno a 36,5 kg. Se establece una carga no superior a 50 kg, dejando un ligero margen en el peso.  Velocidad de movimiento: Distancia que recorre el actuador durante un periodo de tiempo. No se precisa de un valor elevado, ya que la necesidad del proyecto no exige un movimiento rápido.  Seguridad del dispositivo: Empleo de dos finales de carrera de seguridad, los cuales son dispositivos electrónicos, neumáticos o mecánicos situados al final del recorrido con el objetivo de que el actuador no se dañe cuando está en sus límites y se le manda una señal al motor para seguir en movimiento.  Largo: Longitud del actuador sin tener en cuenta el recorrido.  Recorrido: Longitud extensible del actuador. Estos dos últimos términos están relacionados, ya que para hacer viable el proyecto el recorrido más el largo debe ser superior a la longitud de la pata (681 mm). A continuación se especifican las características explicadas en el actuador seleccionado:  Carga máxima: 1780 N, 181 kg  Velocidad de movimiento: 24,892 mm/s con carga máxima  Seguridad del dispositivo: Dos finales de carrera de seguridad eléctricos.  Largo: 606 mm  Recorrido: 406 mm  Peso: 3,2 kg Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 28 De esta manera, en el inicio el actuador tendrá una determinada longitud (largo+recorrido) para llegar a tener la longitud de la pata (681mm) sin llegar a utilizar gran parte del recorrido de éste. Figura 10Actuador lineal 12V 5.3 Motor El motor incorporado con el actuador seleccionado es un motor DC. Debido al precio y al control electrónico que se precisa para el motor DC brushed se valora como suficiente dicha opción. Características del motor: Carga (N) Corriente sin carga (A) Corriente con carga total (A) Velocidad (mm/s) Dinámica Estática 12VDC 12VDC Sin carga Con carga total 1780 1780 4 12 24,892 19,812 Tabla 9Características motor Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 29 La Figura 11 muestra la relación entre la carga y la intensidad para el correcto funcionamiento del motor. Figura 11Gráfica carga-intensidad motor La Figura 12 representa la velocidad a la que va a realizar el motor su movimiento dependiendo de la carga a soportar. Figura 12Gráfica carga-velocidad motor 0 2 4 6 8 10 12 14 0 1780 Amperio Newton Carga-Intensidad 19 20 21 22 23 24 25 0 1780 mm/s Newton Carga-Velocidad Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 30 Teniendo en cuenta que el motor con una carga total de 1780 N consume 12 A, se estima que la máxima carga del proyecto será de 50 kg. Para la obtención del valor del consumo se calcula la ecuación de la recta. (1) (2) ( ) ( ) ( ) (3) (4) 5.4 Sensor La selección del sensor en el proyecto viene determinada tras el análisis de los siguientes requerimientos: - Tipo de material a detectar: La superficie a detectar es el suelo. Este material es un material sólido no metálico. - Distancia a la que se sitúa: La distancia a medir es mayor de 50 mm. Además, la distancia a medir será de 68,1 cm cuando se trate de la menor distancia y 72 cm para el valor máximo. - Interferencias ambientales: Para ello se deberá observar a que temperatura ambiente puede trabajar el sensor, y la influencia de la luz externa sobre éste. En los sensores ópticos es muy importante el tipo y la cantidad de luz externa al sensor (luz ambiente), sobre la cual va a actuar el sensor, ya que dependiendo del tipo de luz un sensor puede funcionar correctamente o no. En cambio, en los sensores ultrasónicos se debe tener en cuenta si ponemos dos sensores ultrasónicos cercanos, ya que estos podría interferir uno con el otro. El sonido ambiente no suele afectar a este tipo de sensores por el rango de frecuencias que utilizan. Debido a los conceptos anteriores mencionados y observando la tabla comparativa se selecciona el sensor ultrasónico por cumplir con la finalidad del proyecto. Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 31 Las características del sensor HC-SR04, los pines y el funcionamiento son: Características Alimentación +5V DC Frecuencia de ultrasonido 40 KHz Consumo (en reposo) < 2 mA Consumo (trabajando) 15mA Ángulo de apertura < 15º Rango de medición 2cm a 400cm Resolución ±0,3cm Duración mínima del pulso de disparo TRIG (nivel TTL) 10 µS Duración del pulso ECO de salida (nivel TTL) 100-25000 µS Tiempo mínimo de espera entre una medida y el inicio de otra 50ms Tabla 10Características sensor HC-SR04 Figura 13Sensor HC-SR04 Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 38 Se determina realizarla por el pin “Vin” al que llegará una tensión de 9V soportando un máximo de 1A para que de esta manera no se dañe. Al haber seleccionado una batería de 12 V, se deberá reducir este valor y adecuar la intensidad de entrada. Para ello, se utilizará un circuito step-down, siendo éste un tipo de fuente de alimentación conmutada que tiene como objetivo reducir la tensión que alimenta al sistema, es decir, la tensión de salida es menor o igual que la tensión de entrada. Para el diseño de este circuito es necesario establecer los parámetros como: - Duty cycle, modula el ancho del pulso generado con el bloque PWM El voltaje de salida promedio aumentará a medida que el ciclo de trabajo, D, aumenta. (7) - Resistencia ( ) (8) (9) Teniendo en cuenta que se tomará un valor comercial, se determinan 10 de resistencia. - Bobina ( ) ( ) ( ) (10) Teniendo en cuenta los valores comerciales, se toma una bobina de 150 uH. - Rizado (11) Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 39 - Condensador ( ) ( )( ) (12) Al igual que con la inductancia, teniendo en cuenta los valores estándares comerciales, se toma un condensador de 47 µF. - Frecuencia Se selecciona una frecuencia de 10 kHz, debido a que con mayores frecuencias de conmutación, la ondulación de voltaje a la salida disminuirá. En la Figura 17 y Figura 18 se muestra la justificación de la frecuencia, mostrando la salida en el caso de 1 kHz frente a 10 kHz. Figura 17Tensión salida step-down 10kHz Figura 18Tensión salida step-down 1kHz Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 40 Figura 19Simulación step-down Proteus Como se puede observar en la Figura 17, hay un pico de tensión que puede dañar el Arduino. Tras el estudio del step down se determina la utilización de un regulador lineal de tensión. De esta forma, se realiza un montaje más sencillo, evitando el pico de tensión y logrando la finalidad, contemplando dónde se va a realizar el proyecto. El regulador seleccionado es el LM7809CT, cuyo conexionado se muestra en la Figura 20. Éste regulador proporciona una salida de +9V. Figura 20Conexionado regulador tensión LM7809CT 12V Vin Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 41 Para comprobar que la temperatura que adquiere el dispositivo entra dentro de unos márgenes de trabajo aceptables, se plantea el balance de temperatura. En la Figura 21 se aprecian los valores de las resistencias térmicas obtenidas del datasheet. Figura 21Característica regulador de tensión LM7809 ( ) ( ) (13) (14) ( ) (15) El regulador seleccionado trabaja en condiciones óptimas con una temperatura máxima de 125 ºC por lo que será necesario un disipador de temperatura. Se selecciona el HS115-ND y se realizan los cálculos para ver si es óptimo: Valores Paquete enfriado TO-220 Longitud 19,05 mm Ancho 19,05 mm Potencia disipada según aumento Tª 2,5W a 60ºC Resistencia térmica en condiciones naturales 24ºC/W Material Aluminio Tabla 13Características HS115-ND Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 42 Figura 22Disipador térmico HS115-ND (16) (17) Con el disipador se ha logrado bajar la temperatura de 235 ºC a 115 ºC. Con esta temperatura, el regulador lineal de tensión puede realizar de una manera óptima su trabajo. 6.1.2 Pulsador La conexión del pulsador no puede ser una conexión directa al pin de entrada ya que cuando el interruptor esté abierto, el pin estará totalmente desconectado de cualquier tensión, produciendo un estado de alta impedancia. Esto produce que la entrada esté en un estado indeterminado, es decir, pudiendo asumir cualquier valor. Por tanto, para evitar esta situación, se realizará un montaje con resistencia Pull Down. Esta resistencia fuerza LOW cuando el pulsador está abierto. Cuando está cerrado el PIN se pone a HIGH, y la intensidad que circula se ve limitada por esta resistencia. El valor de esta resistencia se determina teniendo en cuenta que la corriente que se desea obtener es de 0,5 mA: (18) En la Figura 23 se muestra cómo se conecta el pulsador a la placa de Arduino Mega, de modo que el terminal 22 está conectado a tierra mediante la resistencia R1 de 10 kΩ Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 43 (circuito pull down), pero al activar el pulsador al terminal 22 se pondrá en estado lógico HIGH. Este pulsador será alimentado a 5V desde la placa de Arduino Mega. Figura 23Circuito Pull Down pulsador 6.1.2 Sensor La tensión de alimentación del sensor es de 5V, por lo que puede ir directamente conectado al pin que proporciona 5V del microprocesador. La conexión del sensor con Arduino viene dada por cuatro pines:  Alimentación de 5 voltios.  Tierra o común del circuito.  Señal de disparo (trig).  Señal de eco (echo). Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 44 Trig Echo Sensor 1 Pin 23 salida Pin 24 entrada Sensor 2 Pin 25 salida Pin 26 entrada Sensor 3 Pin 27 salida Pin 28 entrada Sensor 4 Pin 29 salida Pin 30 entrada Tabla 14Pines empleados en sensores Figura 24Conexión sensores ampliado En la Figura 25 se observa el circuito del pulsador de activación, la conexión de los sensores ultrasonidos y la alimentación de 5V y 9V. Figura 25Conexionado sensores Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 45 6.1.3 Motor El motor se alimenta de 12V DC y necesita para su funcionamiento 6,21A con una carga máxima de 50 kg. El funcionamiento del motorse activará con una señal de salida de Arduino. Como muestra el datasheet del actuador, se pueden realizar dos tipos de conexiones:  Conexionado estándar Este conexionado se deberá realizar para longitudes de la carrera del actuador entre 2,5 cm y 15,2 cm. El actuador, en la posición de inicio, deberá de tener un recorrido de 7’5 cm para estar posicionado a la misma altura que la pata de la mesa. Tras estudiar el pavimento y sus irregularidades, se observa que el desnivel no va a ser mayor a 3,9 cm. El recorrido del actuador en el proyecto irá hasta 11,4 cm, por lo que le corresponde esta conexión. Arduino tiene pines de entrada y de salida para comunicarse físicamente con su entorno. Los pines de salida pueden dar una pequeña cantidad de energía que sirve por ejemplo para encender un LED, pero no pueden alimentar a un motor. Para ello necesitamos un circuito que haga de intermediario. Este circuito, controlador o driver, tomará energía de la batería y siguiendo las instrucciones de Arduino hará funcionar el motor. Motor 1 2 MM+ Tabla 15Referencia pines motor conexión estándar Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 46 Arduino Controlador Motor Batería El controlador se selecciona atendiendo a las siguientes características:  Que permitan invertir el sentido de giro del motor.  Que permitan graduar la velocidad de giro del motor.  Características motor, en el proyecto 12V y 6,21A para la carga máxima. Atendiendo a estas condiciones, se selecciona el módulo XY-15AS PWM MOTOR DC 6-36V. En la Figura 27 se muestra el conexionado del motor 1 con el controlador. Figura 27Conexionado del driver motor uno del actuador Figura 26Esquema general controlador motor y arduino MM+ 5V Pin 8 PWM Pin 31 Pin 32 GND Batería 12 V Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 47 Mediante la señal PWM del “pin 8” se determina la velocidad a la que va a funcionar el motor DC del actuador. El giro será invertido mediante los valores de las entradas del “pin 31” y “pin 32”. Motor 1 Motor 2 Motor 3 Motor 4 Pin señal PWM Pin 8 Pin 9 Pin 10 Pin 11 Pin giro derecha Pin 31 Pin 33 Pin 35 Pin 37 Pin giro izquierda Pin 32 Pin 34 Pin 36 Pin 38 Tabla 16Pines conexión motor 1, 2, 3 y 4  Conexionado efecto hall Se deberá realizar para longitudes de la carrera del actuador entre 15,2 cm y 101,6 cm. Figura 28Pines efecto hall Motor Sensor Hall 4 5 2 3 1 6 M+ MGND +5VDC Señal de extensión Señal de retracción Tabla 17Referencia pines conexión efecto hall Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 54 Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 55 Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 56 Figura 33Diagrama de flujo Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 57 6.4 Programación La programación se va a realizar con el software de Arduino. Para el entendimiento del código se deben explicar los siguientes apartados:  La lectura de los sensores se realizará uno a uno para evitar interferencias en la medición y asegurar una correcta lectura.  La correcta lectura del pulsador se realiza con un sistema antirebote mediante software.  La lectura del pin analógico “A0” da un resultado entre los valores 0 y 1023 debido a que dicha entrada es de 10 bits. Para obtener el valor en Voltios, se realiza la siguiente conversión: (23)  La velocidad a la que el motor realizará su movimiento va a ser fija. El cálculo se realiza atendiendo al datasheet del actuador, observando que la velocidad para este cuando no haya carga será de 24,892 mm/s y con una carga total de 181,437 kg será de 19,812 mm/s. La carga estimada para este proyecto es de 50 kg, por lo que la velocidad fijada del actuador: (24) (25) ( ) ( ) ( ) (26) (27) Para asegurarse de que el motor puede mover dicho peso, la velocidad deberá de estar entre los valores de 19,812 mm/s y 23,49 mm/s. Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 58  La velocidad del motor se va a fijar con una señal PWM, la cual es proporcionada en Arduino Mega en los pines de 2 al 13 y del 44 al 46. Dichas salidas son de 8bits, por lo que el valor de 256 de la PWM determinará un Duty Cycle del 100% y una velocidad máxima de 24,892 mm/s. La velocidad que se desea fijar es de 20 mm/s. (28) El valor de la señal PWM que determina el ciclo de trabajo tiene que ser un número entero, por lo que se realiza una aproximación a 206. (29)  Teniendo en cuenta la velocidad seleccionada de 20,0303 mm/s y las distancias que deberá moverse el motor que provienen de la lectura de los sensores, se determinará el tiempo de funcionamiento del actuador. Como se ha explicado en el diagrama de flujo, el motor será activado durante un tiempo “x” dependiendo de la distancia que deba recorrer, y tras ello, se parará. Para ello, se utilizará una función denominada “delay” que hace que el procesador espere hasta que pasa el tiempo determinado. El parámetro de entrada para esta función es entero, se debe realizar en milisegundos. Debido a ello, y a que el tiempo que deberemos encender nuestro motor no será un valor entero, se realizará una aproximación de dicho valor. Esto conlleva a un error en la distancia de movimiento debido al redondeo del valor del tiempo, el cual se muestra en la tabla siguiente. En la tabla que se muestra a continuación se destaca en rojo los valores máximos de error relativo en tanto por ciento, pudiendo concluir que el error de movimiento debido a la aproximación del tiempo será mínimo, teniendo un error relativo máximo de 0,15%. Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 59 Tabla 18Error por aproximación de tiempo Lectura (mm) Distancia a recorrer (mm) Aproximación tiempo (ms). Delay Movimiento real con la aproximación del tiempo Error absoluto (mm) Error relativo (%) 681 75 3744 74,993 0,0066 0,0088 684 3 150 3,005 -0,0045 -0,1514 687 6 300 6,009 -0,0091 -0,1514 690 9 449 8,994 0,0064 0,0712 693 12 599 11,998 0,0019 0,0155 696 15 749 15,003 -0,0027 -0,0179 699 18 899 18,007 -0,0072 -0,0401 702 21 1048 20,992 0,0083 0,0394 705 24 1198 23,996 0,0037 0,0155 708 27 1348 27,001 -0,0008 -0,0030 711 30 1498 30,005 -0,0054 -0,0179 714 33 1648 33,010 -0,0099 -0,0300 717 36 1797 35,994 0,0056 0,0155 720 39 1947 38,999 0,0010 0,0027 Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 60 7. SIMULACIÓN La simulación ha sido desarrollada con Proteus Design Suite. En primer lugar, como se ha podido observar en el apartado de conexionado, se desarrollaron los circuitos step-down para el paso de una tensión de 12V a 7V y 9V. Tras ello, se han realizado diferentes pruebas en la placa de Arduino Mega. La primera trata de una programación simple mediante el encendido de un led como se observa en la Figura 34. Figura 34Simulación pulsador y led Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 61 La segunda prueba se ha realizado para la programación del sensor ultrasonido Hcsr04, pudiéndose observar mediante una pantalla LCD las diferentes lecturas variando el valor de un potenciómetro. Figura 35Simulación lectura sensor ultrasonido 140cm Figura 36Simulación lectura sensor ultrasonido 379cm Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 62 En tercer lugar se desarrolló la programación del motor para ver su funcionamiento. Al no disponer del driver seleccionado para el motor en Proteus, se ha desarrollado la simulación con el driver L298, accionando el movimiento del motor en ambos sentidos, representado en la Figura 37. Figura 37Simulación motor con driver Por último se realiza la simulación del proyecto, pudiendo observar en la Figura 38 los elementos y el conexionado. Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 63 Figura 38Simulación proyecto Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 70 Subtarea 14.1 Objetivo: Conexionado del pulsador y sensor en Proteus Entregable: Programación Arduino Mega Subtarea 14.2 Objetivo: Comprobación del funcionamiento Entregable: Ejecucción de la simulación de Arduino en Proteus Tarea 15 Objetivo: Mejora del conexionado de los elementos Entregable: Entrega del 11º borrador Tarea 16 Objetivo: Realización de los puntos del documento TFG Entregable: Entrega del 12º borrador Subtarea 16.1 Objetivo: Realización del resumen y conclusión Entregable: Mejora del documento TFG Subtarea 16.2 Objetivo: Conexionado alternativo del motor Entregable: Reducción de pines de conexión Tarea 17 Objetivo: Realización de la programación Entregable: Entrega del 13º borrador Subtarea 17.1 Objetivo: Mejora del diagrama de flujo Entregable: Finalización documento TFG En la Figura 39 se presenta el gráfico del diagrama de Gantt con las tareas realizadas a lo largo del proyecto. Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 71 . 15-ene.27-ene.8-feb.20-feb.3-mar.15-mar.27-mar.8-abr.20-abr.2-may.14-may.26-may.7-jun.19-jun. 1-jul. 13-jul. 25-jul. 6-ago.18-ago.30-ago.11-sep.23-sep.5-oct.17-oct.29-oct. Inicio del TFG mediante reunión con tutora Planificación y estructuración del TFG Búsqueda de viabilidad del TFG Realización del diagrama de flujo Realización del diagrama de bloques Realización del prototipo y de esquemas generales Elaboración del organigrama Entrega del 1º borrador del documento TFG Búsqueda del material mecánico para el proyecto Entrega del 2º borrador del documento TFG Selección de elementos electrónicos Búsqueda de la conexión de elementos electrónicos Presupuesto de material electrónico y viabilidad económica Modelo 3D Entrega del 3º borrador del documento TFG Investigación teórica de los elementos electrónicos seleccionados Entrega del 4º borrador del documento TFG Comienzo en la realización de diagrama de Gantt Entrega del 5º borrador del documento TFG Desarrollo y cálculos de step-down Estudio del conexionado de los elementos Simulación de circuito step-down con Proteus Entrega del 6º borrador del documento TFG Mejora de la estructuración del documento TFG Entrega del 7º borrador del documento TFG Investigación para la posible conexión del motor Entrega del 8º borrador del documento TFG Valoración y cálculos regulador lineal Entrega del 9º borrador del documento TFG Conexión del pulsador y sensor en Proteus Ejecucción de simulación de Arduino en Proteus con sensor Programación PIC para simulación simple Entrega del 10º borrador del documento TFG Mejora en la conexión de los componentes Entrega del 11º borrador del documento del TFG Realización del resumen y conclusión Conexionado alternativo del motor Entrega del 12º borrador del documento del TFG Modificación del diagrama de flujo y programación Entrega del 13º borrador del documento del TFG Figura 39Diagrama de Gantt Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 72 10. CONCLUSIONES El objetivo principal de este proyecto era el diseño, desarrollo y programación de un sistema de control para equilibrar una mesa en función del desnivel del suelo. Para ello, como ha visualizado en el documento, era necesario una mesa equipada con cuatro motores, cuatro sensores y un sistema mecánico de ascenso/descenso, permitiendo así su equilibrio. El diseño y desarrollo del control para la nivelación automática de la mesa se planteó en primer lugar para realizarlo físicamente. Tras valorar los elementos necesarios para el desarrollo del proyecto y la situación, al no estar físicamente cerca de la Escuela de Ingeniería de Bilbao EHU, se decidió realizar el estudio de los componentes y la programación del microprocesador para finalmente realizar la simulación en Proteus. La selección de Proteus se debe a la posibilidad de simular la programación de Arduino y observar los posibles errores de ésta. Este programa permitió que sin la realización del proyecto físicamente se pudiera hacer lo más visible posible y valorar el funcionamiento de los elementos electrónicos como los sensores, así como, la comprobación del programa desarrollado en Arduino. La investigación de los elementos tuvo ciertas complicaciones. El estudio de los sensores a utilizar fue complejo debido a la variedad de sensores de proximidad que existen en el mercado. Además, se tuvo que tener en cuenta el tipo de interferencias que pudiera haber en el entorno en el que se iba a situar la mesa, ya que se trata de un ambiente al aire libre. Además, los actuadores lineales para el desarrollo del proyecto deben de cumplir ciertas características como son el elevado soporte de peso debido al peso de las bebidas posicionadas en las mesas, y una longitud extensa, ya que la pata de la mesa mide 720 mm y como mínimo el actuador debía tener mayor distancia que éstay soportar sin ningún incombeniente la estimación de 50 kg. Debido a estos dos requisitos, el precio de los actuadores es elevado. Por ello, y debido al ámbito en el que se desea aplicar la mesa autorregulable, en la hostelería, este proyecto no es viable para ser aplicado en Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 73 este sector. Sin embargo, tras realizar una búsqueda, se ha observado que este tipo de mesas son utilizadas para espacios de trabajo como oficinas. Los propósitos personales establecidos en el inicio se han cumplido, ya que se han ampliado conocimientos en electrónica, tanto en el funcionamiento de elementos electrónicos como en las posibilidades existentes en el mercado. Así mismo, se han reforzado los estudios realizados a lo largo del grado relacionados con la automatización, control, instrumentación y circuitos eléctricos. Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Trabajo Fin de Grado Famara Vidaurre Gutiérrez 74 11. BIBLIOGRAFÍA 1. 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