Proyecto Final de introducción a la mecatrónica PDF

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Para proyecto final de la materia Introducción a la Mecatrónica se elaboró un dispositivo el cual fue llamado “Cinta Métrica Electrónica”. Esta cinta cuenta con 4 sensores de proximidad que son los que te ayudarán a tomar las medidas. Además, incluye 4 LED’s que te permitirán saber que sensor se ha ...

Description

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Luis E. Bravo Medrano, Jocelyn A. Gómez Siono, Leonardo A. Lozano Neri, Fernando Pelayo Perea

Documentación del Proyecto Final de Ingeniería Mecatrónica 

RESUMEN—Para proyecto final de la materia Introducción a la Mecatrónica se elaboró un dispositivo el cual fue llamado “Cinta Métrica Electrónica”. Esta cinta cuenta con 4 sensores de proximidad que son los que te ayudarán a tomar las medidas. Además, incluye 4 LED’s que te permitirán saber que sensor se ha encendido. En el documento se desarrolla el proceso de la elaboración del proyecto antes mencionado, además, se hará mención y se explicará el funcionamiento los componentes con el que se elaboró el prototipo incluyendo: sensores de proximidad ultrasónicos, arduino, protoboards potenciómetro, cables y pantalla de cristal líquido.

Índice de términos— Cinta métrica electrónica, sensores ultrasónicos de proximidad HC-SR04, Arduino, Protoboard, Potenciómetro, GND, VCC.

I. INTRODUCCIÓN

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a cinta métrica regular en ocasiones puede ser difícil de

usar, además solo nos brinda medidas lineales. El proyecto realizado por los alumnos de primer semestre de la carrera de Ingeniería Mecatrónica, para la materia de Introducción a la Mecatrónica, consiste en un dispositivo que se encarga de tomar medidas tanto lineales como de superficies.

II. MATERIALES UTILIZADOS PARA LA ELABORACIÓN DEL PROYECTO

Para la elaboración de la “cinta métrica electrónica” fue necesario usar diferentes materiales entre los cuales se encuentran los sensores ultrasónicos de proximidad HC-SR04, un arduino, 6 protoboards, una pantalla de cristal líquido, cables,… A continuación, se mencionará la función que tiene cada componente: A. Sensores de proximidad ultrasónicos HC-SR04 Los sensores de proximidad ultrasónicos HC-SR04 (Véase Apéndice 1) están constituidos por un transductor ultrasónico que emite una onda de ultrasonido de 40,000 Hz la cual, al

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chocar contra un objeto, es regresada al transductor, de esta manera es como se puede medir la proximidad que hay entre los sensores y el objeto [1].

Figura 1. Emisión y recepción de ondas ultrasónicas. Tomado de: https://lh3.googleusercontent.com/74uadhltusOUILJMhLAnTnQJsiI wvSKaYr5xkWhns1wiv2FFHZaDDICo_AIntmUVjDPAoQ=s123

B. Arduino Un Arduino es una placa de sistema impreso que incorpora un microcontrolador reprogramable y una serie de pineshembra que permiten conectar de forma sencilla sensores y actuadores [2]. Este componente fue el que permitió el funcionamiento y programación del dispositivo elaborado. (Véase Apéndice 2). La placa impresa utilizada fue una Eleego UNO R3 y en esta se hicieron las conexiones de los sensores y pantalla para que trabajaran en conjunto. C. Protoboards El protoboard o breadbord: Es una especie de tablero con orificios, en la cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para armar circuitos. Como su nombre lo indica, esta tableta sirve para experimentar con circuitos electrónicos, con lo que se asegura el buen funcionamiento del mismo. Estructura de la protoboard: Básicamente un protoboard se divide en tres regiones: (Véase Figura 2). A) Canal central: Es la región localizada en el medio del protoboard, se utiliza para colocar los circuitos integrados. B) Buses: Los buses se localizan en ambos extremos del protoboard, se representan por las líneas rojas (buses positivos o de voltaje) y azules (buses negativos o de tierra) y conducen de acuerdo a estas, no existe conexión física entre ellas. La fuente de poder generalmente se conecta aquí. C) Pistas: Las pistas se localizan en la parte central del protoboard [3].

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III. ELABORACIÓN DEL PROYECTO.

Figura 2. Protoboard. Tomado de: https://lh3.googleusercontent.com/67TCjd9709Ngvae58sIycoqYLV0a8ZMdfirFj0a6JewhBff8IAd7c5soefPcwd_VDCw=s17 0

Un título de una sección secundaria está enumerado por una letra mayúscula seguida de un punto y está alineado a la izquierda sobre la sección. La primera letra de cada palabra importante va en mayúsculas y el título está en cursiva. Un título de una sección terciaria está enumerado por un número arábigo seguido de un paréntesis. Tiene sangría y va seguido de dos puntos. La primera letra de cada palabra importante va en mayúsculas y el título completo, en cursiva.

Para desarrollar este Proyecto se utilizaron los materiales mencionados en apartado I, además, fue necesario crear un programa para que la Cinta Métrica Electrónica funcionara de manera adecuada. El lenguaje de programación utilizado es basado en Wiring. En este programa, se daban la instrucción de registrar la distancia recibida por el sensor y mandar la medida en centímetros, a la pantalla LCD. Para lograr lo anteriormente mencionado, fue necesario hacer otras labores, como realizar las conexiones entre el arduino, protoboard, sensores, pantalla y batería. Las conexiones fueron hechas en 6 protoboards, ya que la Cinta Métrica Electrónica utiliza 4 sensores para poder tomar las medidas. En la Figura 3, se muestras las conexiones realizadas para que la Pantalla LCD recibiera las instrucciones dadas por el programa guardado en el Arduino. (Véase Figura 3).

D. Pantalla LDC. Las siglas LCD significan ("Liquid Cristal Display") ó pantalla de cristal líquido. Es una pantalla plana desarrollada por Pierre-Gilles de Gennes, basada en el uso de una sustancia líquida atrapada entre 2 placas de vidrio, haciendo que, al aplicar una corriente eléctrica a una zona específica, esta se vuelva opaca y contraste con la iluminación CCFL trasera. Este principio es aplicado, pero con ciertas modificaciones (ya que se utilizan 3 colores básicos para generar la gama de colores), lo cual permite la visualización de imágenes procedentes de la computadora, por medio del puerto de video hasta los circuitos de la pantalla LCD, entran dentro de la clasificación FPD ("Flat Panel Displays") ó visualizadores de panel plano. [4]. E. Potenciómetro. Los potenciómetros se encargan de limitar el paso de la corriente eléctrica (Intensidad) provocando una caída de tensión en ellos al igual que en una resistencia, pero en este caso el valor de la corriente y la tensión en el potenciómetro las podemos variar solo con cambiar el valor de su resistencia. El valor de un potenciómetro viene expresado en ohmios (símbolo Ω) como las resistencias, y el valor del potenciómetro siempre es la resistencia máxima que puede llegar a tener. El mínimo es cero. Por ejemplo, un potenciómetro de 10KΩ puede tener una resistencia variable con valores entre 0Ω y 10.000Ω.[5] Para realizar nuestro proyecto, se decidió utilizar un potenciómetro rotatorio, este permite variar la resistencia del mismo con tan solo girarlo usando los dedos. (Véase Apéndice 3). El potenciómetro utilizado cuenta con tres pines. El pin de en medio es el que va conectado a la pantalla, este es el que se encarga de que se pueda regular el contraste, mientras los pines de los extremos son GND y VCC. Estos fueron conectados al protoboard en su respectiva línea

Figura 3. Conexiones Arduino, Protoboard y Pantalla LCD. Tomado de: http://www.instructables.com/file/FKKZCFBIN3GF4L0/

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proyecto. Sin embargo, pudimos aprender mucho durante la realización de este proyecto. Como transcurría el tiempo tuvimos que ir adaptando el proyecto a las nuevas situaciones que surgían. Creemos que logramos el objetivo, y aun con todos los percances que surgieron pudimos terminarlo y demostrar cómo funciona. Con un poco más de trabajo, creemos que podemos mejorar el diseño, la portabilidad y funcionalidad de nuestro primer prototipo. Nos dimos cuenta que, aun cuando estamos en primer semestre, podemos lograr lo que nos propongamos y poder realizar proyectos funcionales y efectivos.

Para el buen funcionamiento de la pantalla, se tuvo que asegurar que los cables estuvieran en su posición correcta. A continuación, se dará una explicación más detallada de la posición de los cables:  Cables rojos: estos son los encargados de transferir el voltaje del Arduino (VCC) al Protoboard, y posteriormente a la pantalla LCD. Arduino ofrece 3.3 V y 5 V, el utilizado para este proyecto fue 5 V.  Cables negros: estos cables se encargaron de cerrar el circuito para el correcto funcionamiento de la pantalla. Esto fueron conectados al Arduino en “GND”, y al igual que los cables rojos, al Protoboard para poder cerrar los circuitos distribuidos por este.  Cable morado: este cable fue utilizado para poder utilizar el potenciómetro y regular el contraste de la pantalla.  Cables naranjas, verde y azul: estos fueron los necesarios para poder mandar la instrucción desde el Arduino a la Pantalla para la impresión de las medidas en esta. Las conexiones para los sensores fueron realizadas en diferentes protoboards, estos a su vez eran conectados en uno para poder enviar la instrucción a cada uno desde el Arduino. Los sensores cuentan con cuatro pines, el primero de izquierda a derecha es el de voltaje (VCC), el segundo es el TRIG (emite onda), el tercero ECHO (recibe onda) y el último, tierra (GND). (Véase Figura 4).

V. APÉNDICES

Apéndice 2.Placa Elegoo UNO R3. Tomado de: http://home-improvementcenter.com/search/arduino-uno-board

Apéndice 1. Sensores ultrasónicos HCSR04. Tomado de: http://www.naylampmechatronics.com/bl og/10_Tutorial-de-Arduino-y-sensorultras%C3%B3nico-HC-S.html

Apéndice 3. Potenciómetro rotatorio. Tomado de: http://proesi.com.br/potenciometro-encoder-3terminais-philips.html. Figura 4. Conexión Arduino y sensor. Tomado de http://www.instructables.com/file/FKKZCFBIN3GF4L0/

IV. CONCLUSIONES El proyecto de la cinta métrica electrónica tiene gran utilidad en la actualidad. El proceso de tomar las medidas de un objeto, de una habitación, o para una construcción, puede llegar a ser muy lento y/o tedioso. El proyecto hace mucho más sencillo esta tarea. Dentro de una obra en construcción, sencillamente y de manera muy práctica se coloca el dispositivo en un punto de la sección que se está construyendo y se pueden obtener las medidas necesarias en un menor tiempo. Incluso se puede obtener automáticamente el área de dicha sección sin la necesidad de tener que realizar operaciones matemáticas. Este fue un proyecto de una dificultad moderada, puesto que llegaron a haber ciertas dificultades con la programación. Además, se tuvo que tener que optar por otros materiales para optimizar gastos, encontrar la mejor manera de acomodar todo el

VI. REFERENCIAS [1]

Nedelkvoski, Dejan. "Ultrasonic Sensor HC-SR04 And Arduino Tutorial". HowToMechatronics. N.p., 2015. Web. 28 Nov. 2016.

[2]

Torrente, Oscar. "Arduino : Curso Práctico De Formación". Google Books. p.p. 63-64, 2013. Web. 28 Nov. 2016.

[3]

Circuitos Electronicos. “¿Qué es un protoboard? (Tableta de experimentación)”. Circuitos Electrónicos. N.p,, s.f. Web.6 Dic.2016. Disponible en: http://www.circuitoselectronicos.org/2007/10/elprotoboard-tableta-de-experimentacin.html

[4]

Informática Moderna. “Pantallas LCD”. Informática Moderna. N.p., s.f. Web. 6 Dic.2016. Disponible en: http://www.informaticamoderna.com/Pantalla_LCD.htm

[5]

Área Tecnología. “Potenciometro”. Area Tecnología. N.p., s.f. Web. 7 Dic. 2016. Disponible en: http://www.areatecnologia.com/electronica/potenciometro.html...