Investigación
documental y de campo
Informe
final
Desarrollo
de software para controlar la velocidad de un motor de corriente directa con
Arduino
Saúl Isaac Rubio Ruiz
Septiembre,
17
Índice
Introducción
La
humanidad ha tenido la necesidad de observar, imaginar y crear objetos para
realizar actividades que hacemos para vivir, con el objetivo de realizarlas rápido
y sin esfuerzo.
A
lo largo de los tiempos se han utilizado una infinidad de objetos para la
protección de las personas, principalmente en la realización de trabajos para
obtener un beneficio que a su vez ha ido incrementando la calidad de vida de
los seres humanos.
Ha
habido tantos avances tecnológicos en los últimos tiempos, por ejemplo, súper
computadoras, automóviles autónomos capaces de conducir imitando las
capacidades de manejo y control de las personas, aviones supersónicos, etc.
Todos
estos grandes inventos son el producto de pequeños dispositivos que se crearon
para controlar máquinas simples como los motores, que serán unos de los
objetivos de esta investigación.
Los
motores eléctricos se encuentran a nuestro alrededor y muchas veces no somos conscientes
de su presencia en nuestras vidas, ya que se encuentran en el interior de equipos
que utilizamos para realizar hasta las más sencillas actividades, por ejemplo,
una rasuradora, batidora, secadora etc.,
son solo algunos artículos donde encontraremos motores eléctricos.
Se
mostrará un dispositivo o tarjeta electrónica de fácil manejo que se llama
Arduino para controlar la velocidad de un motor, sin embargo, no se limita a esta función, ya que esta se
puede utilizar para una infinidad de proyectos electrónicos. Arduino
es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos
basa-da en software y hardware libre, flexibles y fáciles de usar. Se creó para
artistas, diseña-dores, aficionados y cualquier interesado en crear entornos u objetos
interactivos.
En
este informe se presentará los resultados de la investigación documental y de
campo del control de velocidad de motores con la tarjeta Arduino gracias al
desarrollo de software, estos datos se fueron recabando a lo largo del curso
propedéutico que imparte la UnADM,
Metodología
Se
comienza con la información de los diferentes tipos de investigación que se
puede emplear en un trabajo, así como la realización de mapas mentales para
extraer información eficazmente, posteriormente se realiza una estructura para la investigación
en la cual se elige el tema y se delimita, se establecen los objetivos
generales y específicos para la investigación,
y se diseña el esquema de trabajo.
Para
la primera recolección de información se utilizan navegadores especializados
que restringen la búsqueda de datos que cumplen con los requisitos para obtener
información confiable, como artículos, tesis, libros, etc., además se realizan
fichas bibliográficas para registrar los libros consultados.
Posteriormente
se analiza la información recabada aplicando una serie de criterios para la
evaluación de recursos de información, como, autoridad, que refiere al
responsable del sitio, ya sea una persona, una institución pública, educativa,
etc. Actualidad, indica la actualización del sitio. Credibilidad, de donde
proviene el recurso y la información. Toda la información que se recabó y
analizó se registra en un archivo en Excel como base de datos para facilitar la
búsqueda y organización de la información, que aplica a la investigación
documental.
Se
sigue con unas series de actividades para recopilar información por medio de un
diario de campo. En la primera actividad se realiza una visita a la Universidad
Tecnológica de la Zona Metropolitana de Guadalajara con el fin de indagar y
obtener datos sobre el tema en cuestión, en este recorrido se observa las aulas
con dispositivos especializados para cada materia y alumnos trabajando en sus
proyectos electrónicos y de software, datos que servirán para la investigación
por lo cual son registrados en el diario.
Luego
se realiza una segunda visita al mismo lugar pero enfocado al punto donde con
anterioridad de observó para conseguir más información, realizando unas
entrevistas a alumno y profesor experto en el tema de manejo de la tarjeta
Arduino. Esta información que se adquirió fue muy importante ya que es
confiable y concisa por lo que se compara con la información documental
obtenida en libros especializados para la investigación de campo, además se
aplica una encuesta con el formulario de Google para analizar por medio de
graficas los conocimientos y el nivel de interés de las personas en el tema del
desarrollo de software para controlar dispositivos.
Resultados
A
continuación de se muestra la información documental y de campo para comprobar
el control de velocidad de un motor de corriente directa con arduino por medio
del desarrollo de software. Primero se realizan pruebas básicas con los
componentes.
CONTROL DE MOTORES DC
Un
motor de corriente directa se puede controlar con simples señales analógicas,
cuanto mayor sea el valor de la salida PWM enviado al motor, a más voltaje
estará sometido y, por tanto, más rápido girará. Se muestra un circuito (Imagen
1.0) de los componentes básicos para probar el funcionamiento: (Torrente Artero, 2013)
Para
que sea más claro se muestra el esquema eléctrico:
Se
designa una alimentación externa (pila 9V) porque los motores por lo general
realizan un elevado consumo, y con los 40mA y 5V que ofrece los pines de la
placa Arduino no es suficiente. También se utiliza un transistor (TIP120), en
este circuito se utiliza como una simple válvula accionada por la señal PWM
proveniente de la placa.
Si
esta vale 0, el transistor mantendrá abierto el circuito del motor y este no
girará. A medida que se vaya aumentando el valor de voltaje PWM enviado a la
base del transistor, por esta circulará más corriente. Esto provocará que entre
el colector y el emisor vaya pasando más y más corriente (o dicho de otra
forma, que se vaya reduciendo la resistencia entre estos dos puntos más y más).
Esto provocará que a su vez que el motor siendo sometido a un mayor potencial y
por tanto, que vaya girando más rápido. El caso extremo aparece cuando el
transistor actúa como un simple circuito cerrado; esto ocurre al llegar a un
determinado valor de la señal PWM, el cual provoca la llamada “intensidad de
saturación” en la base del transistor. En ese momento, la resistencia entre el
colector y emisor es nula, por lo que el motor se somete a la tensión íntegra
ofrecida por la fuente, y, por tanto, el motor gira a la máxima velocidad. (Torrente
Artero, 2013)
La
resistencia que se conecta entre la base del transistor y el Pin PWM de la
placa Arduino se calcula con la expresión (Vpin – 0,7) / Ibsat,
donde, Vpin es el voltaje de salida de la placa
Arduino pin PWM (5V) y 0,7 es la caída de tensión (V) y Ibsat es la corriente
de saturación, para este ejemplo se utilizará una de 330 ohms.
El
diodo 1N4007 se conecta en paralelo a las terminales del motor de 5 vcd, para
proteger al transistor del voltaje generado y se retorne al motor, es decir, cuando
se apague el circuito, el voltaje que se genera de las bobinas del motor se
retorne al mismo y no se dirija al transistor o a la fuente de alimentación,
gracias al diodo invertido que permite que la corriente generada se retorne al
motor.
En
este punto, ya que se conocieron los componentes de una manera superficial, se
procede a realizar la primer paso que es la conexión de los componentes, tal y
como se muestra en la imagen 1.0 y 1.1.
Se
omite la conexión de la alimentación para evitar algún daño, debido que en este
punto falta integrar la conexión del Arduino, que se verá más a delante.
Arduino
Arduino
es una plataforma electrónica de código abierto basada en hardware y software
fáciles de usar. Las tarjetas de Arduino son capaces de leer entradas, luz en
un sensor, un dedo en un botón o un mensaje de Twitter, y convertirlo en una
salida, activar un motor, encender un led, publicar algo el línea. Para ello se
utiliza el lenguaje de programación Arduino (basado en el cableado), y el
software Arduino (IDE), basado en el procesamiento.
Programación
A
continuación se mostrará de manera práctica y delimitada el concepto de
programación, ya que solo se observará términos específicos para el desarrollo
de software del control de velocidad de un motor de cd, además se mostrarán los
pasos de instalación del software libre para programar el Arduino.
La
programación es un gran recurso que nos permite crear diversas secuencias de
pasos lógicos que van a satisfacer nuestras necesidades y las de nuestros sistemas.
Programar es todo un arte que requiere de una gran habilidad lógica y
concentración por parte del programador.
El
proceso de escribir código requiere frecuentemente conocimientos en varias
áreas distintas, además del dominio del lenguaje a utilizar, algoritmos
especializados y lógica formal. Programar involucra áreas como el análisis y
diseños de la aplicación. (Mecatrónica, 2012)
Cuerpo de un programa en Arduino
Arduino
se programa en el lenguaje de alto nivel C/C++ y generalmente tiene los
siguientes componentes para elaborar el algoritmo:
Instalación del software
Para
la instalación del software se realiza los siguientes pasos:
Paso 1.- Se conecta el Arduino con el cable
USB tipo AB a la computadora.
Paso 3.- Se ejecuta el archivo.
Después de
ejecutar los pasos se aparecerá el software en una ventana como se muestra en
la imagen 1.5.
Cargar software a la tarjeta Arduino
A
continuación se utilizará la información que se recolectó en el recorrido de la
investigación de campo. En la Universidad Tecnológica de la Zona Metropolitana
de Guadalajara, la Lic. Morán accedió a una entrevista en la cual mostró un
archivo que ella utiliza para prácticas en sus clases con la tarjeta Arduino.
Para
enriquecer este archivo se define cada estructura, variable y función para
comprender el desarrollo del software que controlar la velocidad de un motor de
dc.
void setup(){ Se ejecuta cada vez
que el Arduino se inicia.
pinMode(3, OUTPUT); Se declara pin del motor, salida PWM
}
void loop(){ Esta function se
mantiene ejecutando cuando este energizado el Arduino
int i;
for(i = 0; i<255;
i++){ Variables
para escalar el valor ingresado a rango de PWM
analogWrite(3,i); Escritura de PWM al motor
delay(15); Retardo 15 milisegundos
}
for(i = 255; i>=0;
i--){ Variable
para escalar el valor ingresado a rango PWM
analogWrite(3,i);Escritura de PWM al motor
delay(15); Retardo 15 milisegundos
}
}
Fin del
programa
Una
vez ingresado las variables y teniendo conectado el Arduino uno con su cable
tipo AB se da clic en el icono de la palomita con el número 1, para verificar
que no haya errores, y luego al icono con el número 2 para compilar y subir el
programa al Arduino.
Se
observa inmediatamente al compilarse el programa, el motor comienza a girar
hasta alcanzar su máxima velocidad y luego se detiene completamente, mantiene
un ciclo de arranque, mantiene velocidad y va disminuyendo hasta detenerse
completamente. Imagen 1.8
https://goo.gl/d9Bp24
Conclusiones
Como
resultado de la investigación documental y de campo del tema, desarrollo de
software para controlar la velocidad de un motor de corriente directa con
Arduino se obtienen buenos resultados, ya que se puede controlar la velocidad
del motor y se comprueba, no obstante el control es muy simple pero cumple con
las expectativas y da pie a mejor el control de una manera avanzada y aplicada.
Después
de haber examinado con detenimiento toda la información, aplicando la modalidad
de aprendizaje que la UnADM proporcionó en este curso propedéutico, fue fácil ir adquiriendo conocimientos y estrategias
para investigar la problemática.
Referencias y fuentes de consulta
Torrente
Artero, O. (2013). Curso práctico de formación. Alfaomega.
Mecatrónica,
T. d. (2012). Libro básico de arduino. Bogotá, Colombia.
.
Anexos
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