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UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID
ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR




DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA
ELECTRÓNICA





Sistema microposicionador motorizado en un eje para
caracterización de dispositivos electroópticos





PROYECTO FIN DE CARRERA
INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL: ELECTRÓNICA INDUSTRIAL





Autor: JORGE GÓMEZ MARCOS
Directora: VIRGINIA URRUCHI DEL POZO

















A mis padres, hermano y familia, amigos y compañeros

A mi tutora Virginia y mi amigo Agustín


Gracias






















ÍNDICE
























CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN........................................ 1

1.1 INTRODUCCIÓN........................................................................2

1.2 SISTEMAS ÓPTICOS DE MEDIDA...........................................3

1.3 ESTRUCTURA DEL DOCUMENTO ..........................................4

CAPÍTULO 2. MOTIVACIÓN Y OBJETIVOS .........................7

2.1 INTRODUCCIÓN........................................................................8

2.2 MOTIVACIÓN.............................................................................9

2.3 OBJETIVOS10

CAPÍTULO 3. SISTEMA MECÁNICO MOTORIZADO......13

3.1 INTRODUCCIÓN......................................................................14

3.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS MOTORES `PASO A PASO´ .14

3.3 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES
`PASO A PASO´15

3.4 TIPOS DE MOTORES `PASO A PASO´ .................................16

3.4.1 Motores de imán permanente ....................................................... 16
3.4.2 Motores de reluctancia variable .................................................... 19
3.4.3 Motores híbridos ........................................................................... 20

3.5 MODOS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES
DE IMÁN PERMANENTE ........................................................21

3.5.1 Motores unipolares de secuencia normal ..................................... 21
3.5.2 Motores unipolares de modo onda ............................................... 22
3.5.3 Motores es de medio paso 23

3.6 CONTROL DEL MOTOR .........................................................23

3.7 ELECCIÓN DE COMPONENTES MECÁNICOS.....................24

3.7.1 Conjunto vagoneta-carril.................................................................. 27
3.7.2 Conjunto completo: vagoneta-carril-motor....................................... 28




CAPÍTULO 4. HARDWARE DE CONTROL DEL SISTEMA
MOTORIZADO...................................................................29

4.1 DESCRIPCIÓN DE LOS BLOQUES DEL SISTEMA ..............30

4.2 BLOQUE CONTROLADOR.....................................................31

4.3 SOLUCIONES PARA DESARROLLAR EL BLOQUE
CONTROLADOR.....................................................................31

4.3.1 Dispositivo FPGA.......................................................................... 32
4.3.2 Dispositivo microprocesador......................................................... 33
4.3.3 Dispositivo microcontrolador 34

4.4 ELECCIÓN DEL MICROCONTROLADOR PIC18F2550 ........35

4.4.1 Componentes de un microcontrolador.......................................... 36
4.4.2 Características principales del microcontrolador PIC18F2550..... 39
4.4.3 Asignación de pines en el microcontrolador PIC18F2550............ 40
4.4.4 Organización de la memoria ......................................................... 43
4.4.5 Líneas de Entrada-Salida ............................................................. 47
4.4.6 Reloj principal................................................................................ 47
4.4.7 Recursos auxiliares: Interrupciones y Puertos de
comunicación 48
4.4.8 RESET..........................................................................................51
4.4.9 Interfaz de comunicación Universal Serial Bus (USB).................. 52

4.5 SELECCIÓN DE COMPONENTES Y CONEXIONADO..........54

4.5.1 Alimentación..................................................................................55
4.5.2 Condensadores de desacoplo ...................................................... 56
4.5.3 Regulador de tensión.................................................................... 56
4.5.4 Driver L293.................................................................................... 57
4.5.5 Circuito de RESET........................................................................ 58
4.5.6 Cristal del oscilador....................................................................... 59
4.5.7 Pulsadores61
4.5.8 Conexión USB............................................................................... 65
4.5.9 Pantalla LCD................................................................................. 68
4.5.10 Comunicación con el programador............................................... 70
4.5.11 Diseño completo del hardware de control..................................... 71








CAPÍTULO 5. SOFTWARE DE CONTROL DEL
SISTEMA MOTORIZADO..................................................75

5.1 DESCRIPCIÓN DE LOS DISPOSITIVOS DEL SISTEMA.......76

5.2 LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN DEL PIC .......................77



5.3 CONFIGURACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN........................78

5.3.1 Grabación de los PICs .................................................................. 79
5.3.2 Creación de un proyecto con CCS PIC C Compiler ..................... 79
5.3.3 Creación de un proyecto con MPLAB........................................... 81

5.4 DIAGRAMA DE FLUJO DEL CÓDIGO PROGRAMADO .......84

5.4.1 Diagrama de flujo de la función “MAIN”........................................ 85
5.4.2 Diagrama de flujo de la función “CONFIGURACION” .................. 99
5.4.3 Diagrama de flujo de la función “TEST LCD”.............................. 101
5.4.4 Diagrama de flujo de la función “POSICIÓN_ACTUAL” ............. 102
5.4.5 Diagrama de flujo de la función “LEER_PULSADORES”........... 103
5.4.6 ASO_MOTOR”...................... 106
5.4.7 Diagrama de flujo de la función “GUARDA_EEPROM”.............. 108
5.4.8 Diagrama de flujo de la función “POSICION_IZQUIERDA”........ 109

CAPÍTULO 6. RESULTADOS EXPERIMENTALES ...... 111

6.1 INTRODUCCIÓN....................................................................112

6.2 MONTAJE DE CALIBRACIÓN DEL SISTEMA.....................112

6.2.1 Emisor láser................................................................................113
6.2.2 Filtros neutros ............................................................................ 114
6.2.3 Regla micrométrica ..................................................................... 114
6.2.4 Objetivo óptico 115
6.2.5 Cámara CCD............................................................................... 116
6.2.6 Montaje de calibración completo ................................................ 117

6.3 GUÍA DE FUNCIONAMIENTO DEL POSICIONADOR .........118


6.4 CALIBRACIÓN Y MEDIDA DE ESPECIFICACIONES .........121

6.4.1 Procedimiento de medida ........................................................... 122
6.4.2 Medida de la resolución del posicionador micrométrico ............. 123
6.4.3 Calibración con corrección del destensado de la correa ............ 124
6.4.4 Medición de la precisión obtenida con una corrección
de 80 pasos................................................................................. 138

6.5 INICIALIZACIÓN Y CONEXIONES A PUERTOS .................143

6.5.1 Verificación de funcionamiento del PROGRAMA de RESET..... 143
6.5.2 Verificación de funcionamiento de la conexión USB .................. 146

CAPÍTULO 7. CONCLUSIONES Y MEJORAS
FUTURAS ........................................................................ 147

7.1 CONCLUSIONES...................................................................148

7.2 MEJORAS FUTURAS............................................................150


BIBLIOGRAFÍA ............................................................... 151

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...............................................152

ANEXOS .......................................................................... 153

ANEXO 1: Hoja de características del PIC 18F2550...................154
ANEXO 2:erísticas del driver L293D ..................155
ANEXO 3:erísticas del Regulador LM7805 ........156
ANEXO 4:erísticas de la pantalla LCD 162D......157
ANEXO 5: Hoja de características de la vagoneta-carril ...........158
ANEXO 6: Código fuente del software del microcontrolador ...159

PLANOS .......................................................................... 169

PLANO 1: CARA TOP PLACA DEL MOTOR................................170
PLANO 2: CARA BOTTOM PLACA DEL MOTOR........................171
PLANO 3: CARA COMPONENTES PLACA DEL MOTOR ...........172
PLANO 4: CARA BOTTOM PLACA DE PULSADORES ..............173
PLANO 5: CARA COMPONENTES PLACA DE PULSADORES..174

PLIEGO DE CONDICIONES ........................................... 175

HARDWARE ...................................................................................176
SOFTWARE ....................................................................................176
PRESUPUESTO .............................................................. 177

1.1 INTRODUCCIÓN....................................................................178
1.2 COSTE DEL MATERIAL ELECTRÓNICO Y MECÁNICO ....178
1.3 COSTE DEL PERSONAL INTERVINIENTE..........................179
1.4 PRESUPUESTO TOTAL........................................................180

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