VELOCIDAD PRE-PROGRAMADA MOTOR DC

INTRODUCCIÓN

Con el fin de introducirnos al control total de un motor DC, se desea aplicar los conceptos ya obtenidos para realizar el montaje que permita al usuario "poner a andar" un motor tipo DC , a una velocidad determinada.

OBJETIVOS

Realizar el diseño y su respectivo montaje de un circuito que permita el manejo de la velocidad de un motor DC, cuya entrada estará dada por el usuario, al oprimir las teclas del 0 a la A de un teclado matricial. Teniendo en cuenta que la tecla 0 es el 0% de la velocidad nominal del motor y la tecla A el 100% de la velocidad nominal del motor, se requiere que el motor varié entre estos dos valores dependiendo de la tecla ingresada.

CONDICIONES

• Es necesario contar con un sistema de sensado de velocidad de motor usando un disco perforado y un sistema óptico que permita contar los pulsos y de esta forma establecer la velocidad de giro del motor.
• La variación del PWM se debe realizar exclusivamente haciendo uso de contadores que se pueda programar su limite inferior y limite superior, de tal forma que pueda generar las 11 velocidades descritas a continuación.

MATERIALES

1. Protoboard
2. Resistencias
3. Panalla LCD
4. Cable
5. PSoC 
6. Motor DC
7. Puente H 
8. Disco perforado 
9. Opto sensor
10. PSoC Creator
11. Teclado matricial 
12. Algunos componentes adicionales integrados en el software PsoC creator, que serán nombrados a lo largo del desarrollo de la practica.

DESARROLLO 

HARDWARE 

Para la realización de esta practica fue necesario el uso de un "puente H" con el fin de desacoplar las tierras del PSoC y del motor con el único fin de cuidar amos componentes. Adicional mente fue necesario la elaboración de una rueda perforada que se ajusto al eje del motor para que, junto a un opto sensor, funcionaran como sensado de la velocidad del motor y así poder determinar sus RPM.

(Circuito final cableado.)

ESQUEMÁTICO

Una vez mostrado la parte física, se procede a mostrar y detallar los componentes utilizados en el software PsoC creator. A continuación se expone el circuito final y se desglosara por partes y componentes para comprender su total funcionamiento.

Se debe tener en cuenta que es un proyecto un tanto extenso, por ello fue necesario la creación de dos paginas e interconectarlas en el software.

(Pagina uno del circuito final PsoC creator)

(Pagina dos del circuito final PsoC creator)

ENTRADAS:

Como se evidencia en la imagen anterior se hace el uso de componentes que ya se han utilizado en practicas anteriores como lo es el teclado matricial, al cual se le conectaran las entradas provenientes del teclado mecánico codificadas como filas (F_n) y columnas (C_n). Ademas, a sus salidas va conectado un decodificador a numero binario.

(Esquemático de entrada.)

Debido a que solo se hará uso de las teclas desde el 0 hasta la tecla A, fue necesario hacer uso del comparador de 4 bits (componente ya usado en anteriores practicas), con el fin de "des habilitar" las demás teclas que no se usaran. 

El flip-flop que se encuentra en la imagen anterior, tiene una única función y es "mantener" el dato de la tecla que se ha oprimido, que sera utilizado mas adelante para generar el PWM o "pre-programar la velocidad del motor"

(Variación del PWM y contador programable )

Como se dijo anteriormente, y basados en la anterior imagen,  el dato que permanezca en el flip-flop, sera implementado por dos sumadores que irán conectados directamente  las entradas del contador programable, que junto a los sumadores, son componentes los cuales ya han sido usados en anteriores practicas, por ende no se enfatizara en su función ni composición interna.

la finalidad de esta parte del circuito, no es otra mas que definir la velocidad a la cual el usuario quiere que el motor este funcionando, por lo cual se podría afirmar que se implemento un PWM a partir de contadores. Es decir que el usuario, dependiendo de la tecla que ingrese, estará modificando el ciclo útil de la señal que controla el motor DC, variando esta desde el 0% hasta llegar al máximo que pueda ofrecer el motor (100%).

SENSADO

Para este apartado, como se dijo desde un inicio, fue necesario el implementar un disco perforado que se acoplara al eje del motor. Para lo cual se implemento un disco impreso con 5 perforaciones como el que se procede a mostrar

(Disco perforado)

Adicional mente fue necesario el uso de un sistema óptico de sesado como el siguiente:

(Opto-sensor)

Una ve se ha nombrado el hardware usado, se procede a exponer el esquemático encargado del funcionamiento del sensado y conversión a RPM

(Esquemático del sensado)

Básicamente, cada vez que el opto-sensor se active,  estará enviando un pulso que activa un "basic-counter" encargado de contar la cantidad de interrupciones que se generan a causa del disco perforado. Una vez este llega a 5, se resetea y a su vez activa un segundo contador que mas que nada esta implementado para añadir exactitud al sensado.

Posteriormente se implementa un componente "salida_RPM" programado en verilog, el cual realiza la operación necesaria (explicita en el código del componente) para generar los RPM del motor basado lógicamente en el dato que anteriormente se obtuvo del sensado.

(Codigo del componente "salida_RPM")

VISUALIZACIÓN

(Esquemático de la visualización)

Como en practicas anteriores , se esta haciendo uso de la pantalla LCD e interrupciones, por lo cual no se enfatizara en su funcionamiento. Tener en cuenta que se esta implementando la misma visualización que en el proyecto de la caja fuerte, es decir, pantalla LCD controlada por el protocolo I2C.

Adicional mente es notorio el uso de divisores de frecuencia, esto no es mas que un "reloj" de dos segundos, ejecutado a partir de un clock de 100kHz. Sencillamente se uso de esta manera para añadir exactitud a la hora de estar visualizando los RPM del motor en la pantalla LCD .

(Código visualización)

PRUEBAS

A continuación se muestra el montaje final y su correcto funcionamiento.

Explicación: 

El usuario a través del teclado matricial ingresa un el valor al cual quiere que el motor este funcionando teniendo en cuenta la siguiente codificación:

0 ------> 0% de la velocidad nominal
1 ------> 10% de la velocidad nominal
2 ------> 20% de la velocidad nominal
3 ------> 30% de la velocidad nominal
4 ------> 40% de la velocidad nominal
5 ------> 50% de la velocidad nominal
6 ------> 60% de la velocidad nominal
7 ------> 70% de la velocidad nominal
8 ------> 80% de la velocidad nominal
9 ------> 90% de la velocidad nominal
A ------> 100% de la velocidad nominal