Control de velocidad de un motor monofásico Universal tipo Jaula de Ardilla por PWM

Por medio de la técnica de modulación de ancho de pulso se puede realizar un control para sistemas que están a larga distancia ya que se puede evitar la interferencia proveniente del exterior permitiendo realizar un control de la forma más óptima. La ventaja de utilizar el ancho de pulso como control de una variable, es que no se ve afectada por ruido eléctrico, inyectado a lo largo de la línea de transmisión, sin importar si la amplitud del pulso se ve reducida por el ruido externo o por la misma resistencia de la línea de transmisión; ya que el circuito no está observando la amplitud de la señal si no la frecuencia que ésta posee además del ancho de pulso T de encendido o de apagado. 

La aplicación del PWM se realiza por medio del PIC16F84, el cual posee un programa que se describirá luego. Para el aislamiento entre la parte de potencia y la parte electrónica de control, se usan optoaisladores, que evitan posibles daños en la parte de control.

Materiales:

PIC 16F84A ADC 0804 MOC 3041 Potenciómetro de 10K Resistencia de 4.7K, 20K, 10K, 1K, 220 Condensador 150 picofaradio. Varistor

Descripción de componentes:

ADC0804:

Este circuito integrado forma parte de una familia de conversores A/D fabricados por National Semiconductor, compuesta por los ADC0801,ADC0802, ADC0803 y ADC0804.

Características:

Estos convertidores de aproximaciones sucesivas son muy utilizados por su relación velocidad / precio. Disponen de 8 bits de salida con posibilidad de tri-estado, lo que facilita su conexión a un microprocesador, dado que pueden conectarse varios en un bus, y elegir solo uno de ellos a la vez por medio de un "1" en uno de sus pines. El que sea un conversor A/D de 8 bits en la práctica se traduce en que el valor medido (una tensión de entre 0 y 5voltios) será un número binario entre 00000000 y 11111111 (en decimal, un número entre 0 y 255). Se puede calcular la "resolución" del conversor haciendo el cociente: 5voltios / 256 = 0.0195 volt. Es decir que se puede discernir variaciones de unas dos décimas de volt usando este chip. Tiene un tiempo de conversión de 100 nanosegundos (es decir, se

pueden hace 10 millones de conversiones por segundo). Los dispositivos trabajan con una tensión de alimentación de + 5 V y disponen de un reloj interno, si bien admite que se conecte uno externo. Su pin out puede verse en la figura siguiente:

 

El pin 1, denominado CS (Chip Select - Seleccionar Chip) es el habilita al chip a ser utilizado. Si este pin esta a nivel alto (5V, o un "1" lógico) elchip se encuentra deshabilitado, sus salidas se comportan como siestuvieran desconectadas del bus de datos (en nuestro caso, de la PC). Si ponemos este pin a masa (0 Volt o "0" lógico) el chip queda seleccionado. El segundo pin, RD, es el que permite la lectura de los datos convertidos. WR activado durante al menos 100 nanosegundos es el que le pide al chip que comience con la conversión. Esto le lleva aproximadamente unos 200 nanosegundos, durante los cuales INTR pasa a nivel alto. El chip informa que se completo poniendo en bajo nuevamente el pin 5 (INTR).Los pines 6 y 7 son los que "leen" el valor analógico a convertir. Estas entradas analógicas Vin (+) y Vin(-), están protegidas contra sobrecargas, pero para un correcto funcionamiento, las señales aplicadas deben estar comprendidas entre 0V y la tensión de alimentación. El dato en forma binaria se hará presente en las salidas, pines 11 al 18(D7 a D0). El pin 11 es el que contiene el MSB. Estas salidas tienen un latch que mantienen su valor hasta que se peticione una nueva conversión. Si se deja el pin 9 (Vref /2) en circuito abierto, la tensión de referencia que se obtiene internamente es la mitad de la tensión de alimentación, en nuestro caso serian 2.5v (5V/2).

Instrucciones:

Las instrucciones del ADC0804 son: 

CS (Chip Select) - Autoriza el funcionamiento del convertidor. En nuestro caso, como solo tendremos un conversor conectado al bus, pondremos este pin a masa directamente.

WR (Write) - Da la orden de inicio del conversor.

RD (Read) - Efectúa la lectura de los datos.

INTR - Indicador fin conversión. Con CS y WR en "1" el convertidor A/D se bloquea y no actúa. La conversión empieza con la llegada de un pulso "1" a la entrada de WR si la entrada de CS esta a 0.Durante la transición de "1" a "0" de la señal en la entrada del WR o del CS, se resetean el controlador interno, y el registro de datos y la salida del INTR se pone a "1"Después de que la conversión se completa el pin INTR realiza una transición de "1" a "0" , esto puede ser usado para interrumpir un microprocesador o señalar la posibilidad de un nuevo resultado para otra conversión. Una operación de lectura del RD con CS a "0" limpia la INTR y autoriza los latch de salida.

PIC16F84A:

Se trata de uno de los microcontroladores más populares del mercado actual, ideal para principiantes, debido a su arquitectura de 8 bits, 18pines, y un set de instrucciones RISC muy amigable para memorizar y fácil de entender, internamente consta de:

• Memoria Flash de programa (1K x 14).

• Memoria EEPROM de datos (64 x 8).

• Memoria RAM(68 registros x 8).

• Un temporizador/contador (timer de 8 bits).

• Un divisor de frecuencia.

• Varios puertos de entrada-salida (13 pines en dos puertos,5 pines el puerto A y 8 pines el puerto B).

• Manejo de interrupciones (de 4 fuentes).

• Perro guardián (watchdog).

• Bajo consumo.

• Frecuencia de reloj externa máxima 10MHz. (Hasta 20MHzen nuevas versiones). La frecuencia de reloj interna es un cuarto de la externa, lo que significa que con un reloj de 20Mhz, el relojinterno sería de 5Mhz y así pues se ejecutan 5 Millones deInstrucciones por Segundo (5 MIPS).

 

• No posee conversores analógicos-digital ni digital- analógicos .

• Pipe-line de 2 etapas, 1 para búsqueda de instrucción y otra para la ejecución de la instrucción (los saltos ocupan un ciclo más).

• Repertorio de instrucciones reducido (RISC), con tan solo 30instrucciones distintas.

• 4 tipos distintos de instrucciones, orientadas a byte, orientadas a bit, operación entre registros, de salto.

Usos

En los últimos años se ha popularizado el uso de este microcontrolador debido a su bajo costo y tamaño. Se ha usado en numerosas aplicaciones, que van desde los automóviles a decodificadores de televisión. Es muy popular su uso por los aficionados a la robótica y electrónica. Puede ser programado tanto en lenguaje ensamblador como en Basic y principalmente en C, para el que existen numerosos compiladores.

TRIAC B708:

Un triac es un semiconductor de estado sólido que actúa como un interruptor de alimentación de CA. Consta de tres pines que un acto similar a un interruptor de luz. Dos clavijas son para la CA y la reducción (en general son intercambiables, por lo que se denominan A1 y A2 en el esquema, en lugar de A in y A out), similar a los terminales superior e inferior de un interruptor de luz.

Optoaislador MOC3041

El optoacoplador es un circuito integrado (IC, un chip) que está específicamente diseñado para conectar a los controles de baja tensión a un triac de alta tensión de CA. El opto en los terminales de salida del Triac es un chip de 6-pin, pero sólo 4 pines se utilizan: 2 para la DC en, y 2 para la salida AC.

 

Internamente, el opto tiene tres secciones principales: un LED de entrada, un detector de cruce cero, y un controlador de salida triac. (No todas las Optos tienen un circuito de paso por cero, pero estos lo hacen.). La entrada de LED es un diodo emisor de luz, muy parecida a la que ve en las placas de circuitos. Pin 1, el ánodo, es la parte alta, que está conectado a una resistencia pull-up, que es a su vez conectado a una tensión de alimentación DC, en este caso 5V. Pin 2, el cátodo, es la parte baja, que actúa como el control de DC. Cuando el LED está encendido, brilla una luz dentro de la opto para activar el circuito de paso por cero. Esto proporciona el aislamiento óptico (de ahí el nombre), ya que no hay conexión eléctrica a partir de la entrada de CC a la salida de CA. Al encender o apagar la optoelectrónica, que se enciende o apaga la CA en la próxima mitad del ciclo que atraviesa cero voltios.  

El opto en el tablero TriacOut4 es un MOC3041M, de FairchildSemiconductor. La serie MOC30xx es muy común, con diferentes versiones para diferentes voltajes y corrientes. El MOC3041M es de 400V pico, por lo que se encargará de 120 y 240 AC, y tiene una entrada de corriente de 15 mA. Hay corrientes de entrada disponible más baja, que afectaría a la selección de la resistencia pull-up. Nota: los dos pines no utilizados, 3 y 5, deben permanecer desconectados.

DC entrada lógica

La tarjeta de salida Triac se compone de dos conectores y una resistencia pull-up, que conectan a la entrada del optoacoplador.

Detalles de tensión de entrada de corriente

El voltaje en la optoelectrónica de LED es 1.3V, por lo que (5 - 1.3) / 15mA = 246 ohmios. La vuelta a la corriente, y la resistencia tiene una norma de 220 ohmios. Para la tensión máxima, la resistencia de 1/4W es el factor limitante. V^ 2 / 220 ohm = 0,25 W, de modo que V = 7,4 V máx. 9 V.

Entrada AC y fusible:

La entrada de CA es formado por un conector y fusible. El tornillo de 2 pines del bloque terminal, J3, conecta la parte de conmutación para el fusible y en el triac, además conecta a la parte común (generalmente neutro) a los pines común de todos los conectores de salida.

El fusible se utiliza para todos los canales, por lo que no están aislados unos de otros. El fusible tiene un valor de corriente de 6,3 A. 

Salida de AC:

Circuito final:

Programa en ensamblador:

__CONFIG _CP_OFF & _WDT_OFF & _PWRTE_ON & _XT_OSC

CBLOCK 0x0CCicloTrabajoGuardaValorGuardaEntradaTimer0_ContadorAENDC

TMR0_Carga EQU  d'256'-d'245'

MAX_ENTRADA  EQU .16

#DEFINE SalidaMarcha PORTA,3

ORG 0

goto Inicio

ORG 4

goto Timer0_Interrupcion

Mensajes

Addwf PCL,F

Mensaje0

DT " VELOCIDAD", 0x00

Inicio

call  LCD_Inicializamovlw Mensaje0call  LCD_Mensajebsf  STATUS,RP0bcf  SalidaMarchamovlw b'11110000'movwf PORTBmovlw b'00000001'movwf OPTION_REGbcf  STATUS,RP0bcf  SalidaMarcha

Principal

TesteaVelocidad

movf  PORTB,Wswapf PORTB,Wmovwf GuardaValorandlw b'00001111'movwf GuardaEntradabtfsc  STATUS,Zgoto  DC_CeroPorCientosublw  MAX_ENTRADAbtfsc  STATUS,Zgoto  DC_100PorCientobtfss  STATUS,Cgoto  DC_CeroPorCientomovf  GuardaEntrada,W

  movwf CicloTrabajomovlw b'10100000'movwf INTCONgoto  Fin

DC_CeroPorCiento

bcf  SalidaMarchagoto  InhabilitaInterrupcion

DC_100PorCiento

bsf  SalidaMarcha

InhabilitaInterrupcion

clrf  INTCONFin  goto Principal

;Subrutina " visualixa velocidad"---;

;

Visualixa

movlw .6call  LCD_PosicionLinea2clrwswapf PORTB,Wcall  BIN_a_BCDcall  LCD_Byte return

; Subrutina "Timer0_Interrupcion" ----;

;;

CBLOCK Guarda_WGuarda_STATUSENDC

Timer0_Interrupcion

Movwf Guarda_Wswapf STATUS,Wmovwf Guarda_STATUSbcf  STATUS,RP0movlw TMR0_Cargamovwf TMR0decfsz Timer0_ContadorA,Fgoto Fin_Timer0_Interrupcionbtfsc SalidaMarchagoto EstabaAlto

EstabaBajo

bsf  SalidaMarchacall  visualixamovf  CicloTrabajo,Wmovwf Timer0_ContadorAgoto Fin_Timer0_Interrupcion

EstabaAlto

bcf SalidaMarcha  call  visualixa

movf  CicloTrabajo,Wsublw .16movwf Timer0_ContadorA

Fin_Timer0_Interrupcion

swapf GuardaValor,Wmovwf PORTBswapf Guarda_STATUS,Wmovwf STATUSswapf Guarda_W,Fswapf Guarda_W,Wbcf  INTCON,RBIFbcf  INTCON,T0IFretfieINCLUDE  <RETARDOS.INC>INCLUDE  <BIN_BCD.INC>INCLUDE  <LCD_4BIT.INC>INCLUDE  <LCD_MENS.INC>END