Aplicaciones de un acelerómetro para la medición de inclinaciones
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1. m lt lt lt lt lt 0 Invertir NO HO DO w iii i 100 946Hz Figura 6 1 Gr fica de SA de salida sensor en reposo ETE ek J g Tiga MI POS U UUUS CHI Acoplamient s 0606000mM000000000e00000000 lt M0 060010000000000001 00 _ 4 U lt 0 0 e CO CAE 5CSCDO AAA AAAsosa sa ara am Pr eo s Invertir a EN HTZ 000V PAON 100 975Hz Figura 6 2 Gr fica de se al de salida cuando hay un movimiento m ximo en el eje positivo a Trig d M Pos 0 000s _ Acoplamieni KEOESP S _s EONVEOOO OS LE 4 00000000000 580 n o o eo 0 0 0 0000U00 0 0600 0 Ganancia A E E l he JN Invertir comi N E NOJ f i DOY Ay am j t ll H 0 v de MIA AAAI I Figura 6 3 Gr fica de se al de salida cuando hay un movimiento m ximo en el eje negativo ESCUELA SUPERIOR POLIT CNICA DEL LITORAL QUA CENTRO DE INVESTIGACI N CIENT FICA Y TECNOL GICA CY x p da sacdd e Nas 2 o A ES 7 Tarjeta electr nica PBC e p PESA aans nx nc e ms esse rss se El dise o se realiz en PROTEUS y ARES y ll Us Po dl gt i be Yr a o bs e 4 ES EN FA NE A v EN a A o SS ar2. Aplicaciones de un aceler metro para la medici n de inclinaciones horizontales y verticales utilizando microcontroladores avanzados y comunicaci n serial datalogger e interfaz gr fica Fuente de energ a 4 pilas recargables Nelson Quizhpe Luis Brito Carlos Valdivieso Facultad de Ingenier a en Electricidad y Computaci n 4 Escuela Superior Polit cnica del Litoral ESPOL Campus Gustavo Galindo Km 30 5 V a Perimetral Apartado 09 01 5863 Guayaquil Ecuador nquizhpe de lbrito Ofiec espol edu ec pe cvaldivOfiec espol edu ec 6 Resumen El m dulo que presentamos en este trabajo se basa en un sensor que mide la inclinaci n del objeto al cual est sujeto es un dispositivo de parallax Sensor de mucha utilidad con m ltiples aplicaciones El sensor MX2125 trabaja sin ninguna entrada externa ya es un dispositivo que internamente est compuesto de un recept culo cuadrado con un elemento calor fico que calienta una burbuja de gas y cuatro sensores de temperatura los cuales var an de temperatura dependiendo que tan cerca est n de la burbuja de gas Este proyecto lo abordamos porque es muy interesante encontrar aplicaciones y demostrar que estos dispositivos se pueden controlar con microcontroladores en varios lenguajes de programaci n en nuestro caso Mikrobasic Pro Tuvimos que usar dos microcontroladores por que usamos cuatro m dulos CCP dos por cada mocrocontrolador La salida del sensor son
3. e ys Y t A ron rro ron lt Figura 0 4 Funcionamiento del proyecto Aqu observamos la simulaci n en proteus donde vemos que las coordenada en X Y y el ngulo de inclinaci n mostradas en el LCD La simulaci n de una coordenada utilizamos el PIC18f8520 para simular las salidas del sensor MX2125 El PIC18f4431 controla la se al PWM la procesa y la muestra en la pantalla LCD En este caso solo una coordenada que es X Figura 0 2 Vista 3D Figura 0 5 Proteus ESCUELA SUPERIOR POLIT CNICA DEL LITORAL J CENTRO DE INVESTIGACI N CIENT FICA Y TECNOL GICA Conclusiones A continuaci n se sintetizan las conclusiones m s importantes de acuerdo con los siguientes criterios e Estudio te rico e Simulaciones e Datos experimentales Es un sensor muy sensible a los movimientos del objeto al cual est sujeto por lo tanto en el momento de tomar las mediciones se tiene que fijar bien el sensor al objeto para que mida la vibraci n del objeto y no el movimiento del sensor debido a un mal ajuste Tambi n debido a que es muy sensible a los movimientos es por eso que ste sensor tiene muchas aplicaciones a nivel industrial y tecnol gico El rango de variaci n del ancho de pulso a la salida del sensor Xout Yout es muy peque o trabajan a baja frecuencia por lo tanto hay que evitar se ales parasitas tales como ruidos electr nicos ya que seg n datos experimentales el se
4. ciclo til duty de unos 5000uS en reposo el sensor sobre un plano horizontal Cualquier movimiento del sensor sobre el eje X o Y har que la anchura de salida correspondiente aumente o disminuya en funci n del sentido del movimiento La rutina de Interrupt del archivo de programa del Mikrobasic Pro se encarga de leer secuencialmente la anchura de los pulsos que ofrecen la salida del sensor en el eje X e Y Emplea para ello los m dulos CCP1 y CCP2 del PIC para detectar el flanco ascendente y descendente respectivamente Estos capturan el valor de un contador t que empieza el conteo una vez que detecta la interrupci n del m dulo CCP1 Flanco ascendente y se detiene cuando ocurre la interrupci n en el m dulo CCP2 flanco descendente fin del ciclo til Para el c lculo del ngulo se hace de la siguiente manera se aplica la formula Angulo arc tang y x ESCUELA SUPERIOR POLIT CNICA DEL LITORAL J CENTRO DE INVESTIGACI N CIENT FICA Y TECNOL GICA 6 1 Gr ficos de las salidas del Sensor MX2125 Por medio de un osciloscopio podemos ver las se ales PWM y como var an cuando movemos el sensor bk g Trig d EM Pos 0 0005 CH coplarnient A gt Limitar gt l s s Ancho Banda AAA y Ganancia Variable 000m 000000u00 0 A _ ES cn D e a bo
5. se ales PWM es decir anchos de pulso para lo cual tuvimos que hacer un programa que mida el ancho de pulso por medio de dos interrupciones una en flaco ascendente y la otra en flaco descendente as pudimos tomar el ancho de pulso positivo que es lo que necesit bamos La implementaci n no fue muy complicada solo tuvimos que tomar en cuenta las recomendaciones del fabricante y las seguridades de la alimentaci n para no averiar ning n elemento electr nico de nuestro proyecto Palabras Claves mikrobasic module CCP PARALLAX Abstract The module presented in this project is about a sensor that mesuares the slope of an object This is a parallax mechanism that is very usefull and has many aplications The MX2125 sensor works without any external influence This mechanism composed of a square receptacle with an calorific element warms up a bubblle of gas detected by 4 temperatures sensors Wich changes their temperature depending on how near they are from the gas bubble We chose this project because it is very interesting to find aplications and show that theire devices can be controlled with microcontrolers in different programming languages In our case Mikrobasic Pro We had to use two microcontrollers because and four CCP modules two per each one The outputs of the sensor are pwn signals For this reason we made a program that mesures the width of the pulse using two interruptions one for the upgoing transition and another one for the down
6. e que la alimentaci n del dispositivo sea la adecuada 3 Ajustar bien los terminales del sensor para que no se salgan al momento de hacer las pruebas 4 Identificar las se ales de entrada y salida para as dar un mejor entendimiento a un eventual problema 5 Revisar bien el manual de especificaciones y conexionado del sensor y los dispositivos controladores Referencias l Parallax Smart Sensors and Applications http www parallax com Education TutorialsTra nslations tabid 535 Default aspx 30 Marzo 2010 2 Parallax Smart Sensors and Applications BASIC Stamp Syntax and Reference Manual http www parallax com tabid 440 Default aspx 30 Marzo 2010 3 Mikroe mikrolCD Manual de usuario http www mikroe com eng product_downloads download 30 Marzo 2010 4 Microsystems Engineering Aceler metro de 2 ejes 28017 http www msebilbao com notas downloads Ace lerometro 20de 202 20e es 2028017 pdf 8 de Abril 2010 5 Wikipedia Aceler metro http es wikipedia org wik1 Aceler C3 B 3metr O 8de Abril 2010 6 Hipermegared Curiosas aplicaciones para el Acelerometro de tu Celular http hipermegared net 2008 10 20 curiosas aplicaciones para el acelerometro de tu celular 8de Abril 2010
7. going one The implementation wasn t too complicated we just had to take care of the recomendations from the manufacturer and comply with the safety rules to avoid damages in our project Keywords mikrobasic module CCP PARALLAX 1 Introducci n El presente trabajo describe el estudio para la implementaci n de un aceler metro que contiene el sensor MX2125 en el cual vamos a programar dos microcontroladores 18F4431 para controlar y modificar las se ales para luego mostrarlas en una pantalla LCD En el cap tulo 1 de este documento se describe la justificaci n del proyecto las herramientas utilizadas en el desarrollo del presente proyecto as como el alcance y las limitaciones en la elaboraci n del mismo En el cap tulo 2 se muestra una perspectiva general de los fundamentos te ricos utilizados para la elaboraci n del aceler metro y espec ficamente el funcionamiento del sensor MX2125 En el cap tulo 3 se describe el dise o y la implementaci n del proyecto que est compuesto por tres partes la primera que es la conexi n del sensor donde se realiza la toma de datos la segunda que corresponde al microcontrolador que es la parte principal ya que es el intermediario entre el sensor MX2125 y el LCD y la tercera parte que es la conexi n del LCD para mostrar las coordenada de X Y y el ngulo de inclinaci n dadas por el sensor MX2125 y procesadas por el PIC En el cap tulo 4 se observan las simulaciones del circ
8. lcon 0 DESABILITO EL MODULO CCP1 ccp2con 0 DESABILITO EL MODULO CCP2 templpos t CAPTURO EL VALOR DEL CONTADOR EN UN ARREGLO WORD pos pos 1 INCREMENTO LA POSICION DEL ARREGLO t 0 ENCERO EL CONTADOR DE LA SE AL PWM endif inc t INCREMENTO EL CONTADOR MIENTRAS NO EXISTA INTERRUPCION EN EL MODULO CCP2 endif end sub Figura 0 3 Programaci n en Mikrobasic Pro for PIC 5 Descripci n del Proyecto Hicimos la programaci n de dos Microcontroladores PIC18F4431 para que capture las se ales enviadas por el sensor MX2125 que son se ales digitales PWM y que representan a la coordenada en X y a la coordenada en Y del objeto que se quiere monitorear el sensor va a poder moverse en el plano del eje x y en el plano del eje y o tambi n simult neamente en los dos planos ESCUELA SUPERIOR POLIT CNICA DEL LITORAL CENTRO DE INVESTIGACI N CIENT FICA Y TECNOL GICA Tilt Tilt Figura 5 1 Movimiento del aceler metro uniaxial La estrategia para capturar las se ales del sensor consiste en programar un PIC 1814431 que reciba la se al de salida PWM del sensor que corresponda a la coordenada X y el otro PIC 18f4431 que reciba la se al de salida PWM del sensor que corresponda a la coordenada en Y Estas se ales son convertidas en hexadecimal para mostrarse en el LCD Cada posici n del objeto va a ser monitoreada y mostrada en la pantalla cada vez que se requiera por el usuario mediante una botonera de captura 5 1 Diag
9. nsor tiene una variaci n de pulsos seg n el ambiente donde es utilizado para eso siempre antes de instalar el sensor en el objeto se tiene que tomar datos de lectura para as evitar mediciones que est n err neas El sensor puede trabajar en ambientes hasta 70 c y no var a las se ales de salida de PWM ya que internamente esta encapsulado los 4 sensores de temperatura luego de superar la temperatura el sensor tiene un error en la se al de salida Seg n pr cticas experimentales no es posible trabajar con una sola se al de captura en el microcontrolador debido a que se necesita monitorear al mismo tiempo las dos se ales y esto ocasionaba que haya un conflicto cuando se quer a mostrar las dos se ales solo capturaba una se al a la vez por lo que se opt por utilizar un microcontrolador para cada se al PWM del sensor Podemos concluir que el sensor puede trabajar con cualquier tipo de micro controlador siempre y cuando tenga control de modulaci n de ancho de pulso y puede tener muchas aplicaciones industriales y tecnol gicas en el cual podr a tener una precisi n muy alta Recomendaciones De acuerdo a las pr cticas y pruebas de funcionamiento del proyecto se puede recomendar lo siguiente l Revisar el estado del Proto es decir que por motivos de mal contacto en los pines del Proto debido a un mal ajuste del sensor o dispositivo podemos equivocarnos en el diagn stico de los problemas 2 Asegurarnos d
10. o de las se ales PWM SimpleTilt bs2 Measure room temperature tilt SSTAMP BS2 SPBASIC 2 5 k VAR Word y VAR Word DO PULSIM 6 l X PULSIN T 1 y DEBUG CES 2 Xp 7 Y PAUSE 100 LOOP Figura 0 2 Programaci n en Basic Stamp A lerminal i BaudRate Pam Data Bte _ PowConot some M DTR r ATS po 2 pe a rm 0405 oc Meot Bme cea cee ono Figura 0 2 Terminal de salida en Basic Stamp 4 2 MIKROBASIC PRO for PIC Mikrobasic Pro for PIC perteneciente a mickroelectronica muy formal y estructurado con un entorno de trabajo m s elaborado que el de BASIC STAMP en este lenguaje podemos destacar el uso de la librer a de comunicaci n serial UART Procedimiento que captura el valor del ancho de pulso de la se al PWM del sensor Se realiza mediante una doble interrupci n con los m dulos CCP1 y CCP2 sub procedure Interrupt if TestBit pirl ccp1IF F 1 then PREGUNTO SI HA OCURRIDO UNA INTERRUPCION POR FLANCO ASCENDENTE EN CCP1 ccp2con 0X04 CONFIGURO EL MODULO CCP2 PARA QUE SE ACTIVE LA INTERRUPCION POR FLANCO DESCENDENTE PIE2 CCMIE 1 HABILITO EL ENABLE PARA INTERRUPCION POR CCP2 if TestBit pi2 ccp21F 1 then PREGUNTO SI HA OCURRIDO INTERRUPCION EN MODULO CCP2 PIE1 ccp1lE 0 PIR1 ccp1IF 0 PIE2 ccp2IE 0 PIR2 ccp21F 0 DESABILITO EL ENABLE DE CCP1 DESABILITO LA BANDERA DE INTERRUPCION DE CCP1 DESABILITO EL ENABLE DE CCP2 DESABILITO LA BANDERA DE INTERRUPCION DE CCP2 ccp
11. rama de bloques del proyecto El primer bloque corresponde al sensor MX2123 el cual que env a a cada instante se ales PWM a los PICs El segundo bloque se refiere a los PICs que reciben las se ales PWM del sensor MX2125 los cuales procesan estas se ales y las env an a una pantalla LCD El tercer bloque que corresponde a la pantalla LCD donde se representan las se ales enviadas por los PICs es decir las coordenadas de la posici n del sensor MX2125 y el ngulo de inclinaci n del mismo Cada uno de los bloques constituye parte fundamental y clave para el normal funcionamiento y operaci n del hardware BOTON CAPTURA LCD Xz21 Y 23 PIC 18F4431 SENSOR MX 2125 BOTON RESET GLCD PIC INTERFAZ 18F4431 GRAFICA 6 Funcionamiento del proyecto PIC 18f4431 que reciba la se al de salida PWM del sensor que corresponda a la coordenada X y el otro PIC 18f4431 que reciba la se al de salida PWM del sensor que corresponda a la coordenada en Y Estas se ales son convertidas en hexadecimal para mostrarse en el LCD La se al PWM que genera el sensor es a una frecuencia de 100HZ que es expresada en micro segundos uS para un mayor entendimiento de la posici n de los dos ejes X e Y Cuando el grado de inclinaci n en ambos es de 0 las se ales de salida PWM para ambos ejes es del 50 del ciclo Seg n el fabricante dicho ciclo es de 10000uS 100Hz por lo que las se ales tendr n un
12. rolador Features _ Data EEPROM Memory Bytes Fons A B 4 14 bit Power Control PWM 8 Channels Motion Feedback module 1 QEI Input Capture Quadrature Encoder or Interface 3x IC Serial Communications SSP Enhanced USART PIC18F4431 68 10 bit High Speed Analog to Digital Converter module Resets and Delays 9 Input Channels POR BOR RESET Instruction Stack Full Stack Underflow PWRT OST MCER optional WDT Programmable Low voltage Detect Programmable Brown out Reset Instruction Set TS Instructions apn TOF 44 pin TQOQFP 3 3 Basic Stamp HomeWork Board 44 pin QFN La tarjeta de pruebas de PARALLAX nos permiti realizar pruebas con el sensor MX2125 para poder comprender mejor su funcionamiento ESCUELA SUPERIOR POLIT CNICA DEL LITORAL CENTRO DE INVESTIGACI N CIENT FICA Y TECNOL GICA Powercell Mi EA AI IT 1111 TEY TETE y DA j ALAS Dunia alfa las s efe sfa 5 E jolajojrafje le a lejejajajmjajal Figura 0 1 M dulo de Basic Stamp 4 Herramientas de Software El primer paso en el desarrollo del proyecto fue utilizar la tarjeta de pruebas de BASIC STAMP que se programa en BASIC STAMP aqu destacamos las funciones SERIN y SEROUT que describen las funciones de escritura lectura con la memoria USB Luego se procedi a cambiar la programaci n a MIKRO BASIC PRO 4 1 BASIC STAMP Funciones de lectura escritura en Basic Stamp PULESIN mide ancho de puls
13. uaci n se resumen las m s relevantes gt Medida de hasta 3 g en ambos ejes X e Y gt Cada eje proporciona una se al de salida modulada en anchura PWM que representa la posici n de los mismos gt Se presenta en un peque o circuito impreso con 6 patillas en formato DIP y con paso 2 54mm gt Salida anal gica de temperatura por la patilla TOut gt Baja corriente de operaci n de 3 3 o 5 V menos de 4 mA a 5 VCC gt Totalmente compensado en el rango de temperatura de 0 a 70 Especificaciones T cnicas Las el ctricas y mec nicas m s importantes del aceler metro MX2125 se citan a continuaci n gt Tensi n de alimentaci n de 3 3 hasta 5V con un consumo inferior a 4mA gt Se al de salida PWM de 100Hz periodo de 10000 uS y con un ciclo til proporcional a la aceleraci n Compatible con TTL y CMOS CN CIA AS E Pl f f gt Dimensiones de 10 7 x 10 7 x 11 8 mm gt Rango de temperatura de 0 a 70 C Tabla 0 1 Definici n de pines del aceler metro MX2125 PinN Nombre Descripci n _ 6 Vdd Alimentaci n de 3 3V hasta 5V__ 3 2 PIC 18F4431 El microcontrolador que utilizamos en la implementaci n del proyecto es el PIC 18F4431 Esta familia de microcontroladores ofrece muchas ventajas que hacen que este PIC sea de alto performance y que tenga muchas aplicaciones a nivel de control y fuerza de motores Tabla 3 2 Caracter sticas principales del microcont
14. uito y adem s las pruebas realizadas con el hardware y software funcionando 2 Aplicaciones Los aceler metros han venido siendo incluidos en muchas aplicaciones tecnol gicas desde computadores personales hasta edificios En computadores port tiles permiten detectar cuando hay una ca da y detener el disco duro para prevenir da os En veh culos son empleados para accionar air bags en caso de choque En edificios han sido incluidos inclinaciones a causa de temblores Tambi n han sido incluidos en mandos para el control de video juegos en tel fonos m viles etc para medir 3 Herramientas de Hardware utilizadas En esta secci n se detallan los equipos utilizados para el dise o y construcci n del Datalogger compacto ESCUELA SUPERIOR POLIT CNICA DEL LITORAL J CENTRO DE INVESTIGACI N CIENT FICA Y TECNOL GICA 3 1 Aceler metro MX2125 El aceler metro MX2125 de Memsic est basado en 2 ejes Es capaz de medir ngulos de giro colisiones aceleraci n rotaci n y vibraciones en un rango de hasta 3 g sobre los dos ejes X e Y El sensor es un circuito integrado con formato SMD que est fijado sobre una peque a plaquita de circuito impreso dise ada por Parallax que facilita el acceso a todas las se ales del mismo as como su inserci n en cualquier tarjeta de aplicaci n prototipos o m dulos board Figura 1 1 M dulo aceler metro MX2125 Caracter sticas del aceler metro MX2125 A contin
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