Control Estacionamiento

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER INGENIERA ELECTRNICA MICROCONTROLADORES PRIMER PREVIO DE MICROCONTROLADORES AUTOMATIZACIN DE UN PARQUEADERO MEDIANTE UC8051 E INTERFAZ CON LABVIEWFrancisco Hernndez [email protected] Andrea Bautista [email protected] Francisco Moreno [email protected]

RESUMEN: El siguiente informe documenta el trabajo desarrollado como primer previo para la materia de microcontroladores; el cual consiste en la automatizacin de un parqueadero mediante el microcontrolador 8051 y la visualizacin de las seales mediante el software LabView en el cual se determinaba el tiempo de cada usuario en el parqueadero y su respectiva tarifa de cobro. El microcontrolador estableca el control para detectar las seales de cada puesto de parqueo y a su vez visualizar el numero de cupos disponibles en un display siete segmentos en la entrada; de esta forma permita el accionamiento de un motor paso a paso para levantar el obstculo de la entrada y cerrarlo una vez se detectara el ingreso del carro. Diagrama Esquemtico

permanece en su respectivo lugar, as como el puesto que se esta ocupando. OBJETIVOS ESPECIFICOS Implementar un circuito de control mediante el uc8051 que habilite y deshabilite el ingreso de carros al parqueadero. Programar el 8051 para que desarrolle el control del parqueadero y permita interfazar los datos con el computador externo. Desarrollar un programa en LabView que interprete los datos recibidos del uc para visualizar el estado del parqueadero.

MARCO TEORICO MICROCONTROLADOR 8051 Un microcontrolador es un sistema mnimo en un solo dispositivo. Est encaminado a aplicaciones concretas, con posibilidad de expansin casi nulas y trabaja con un mnimo nmero de componentes. Este dispositivo caractersticas: presenta las siguientes

OBJETIVO GENERAL Disear un sistema digital basado en el microcontrolador 8051 en conjunto con Labview que permita el control del flujo de vehculos de un parqueadero, realizando el conteo de entrada y salida de los mismos, el control de acceso al parqueadero inhibiendo el paso de vehculos cuando ste se encuentre lleno, adems el sistema permite contabilizar y visualizar en un monitor el tiempo de permanencia durante el cual cada vehculo Microprocesador de 8 bits. 32 lneas bidireccionales, en 4 puertos. 128b de RAM. 2 Contadores/Timers de 16 bits. 1 UART completo. 5 interrupciones con dos niveles de prioridad. 1 Circuito de reloj. 64kb de Memoria de Programa. 64kb de Memoria de Datos.

Ing. Gabriel Snchez Surez [email protected]


El microcontrolador 8051 presenta la siguiente distribucin de pines:

MULTIPLEXOR 74LS157 Circuito que conmuta los datos digitales de distintas lneas de entrada a una nica lnea de salida segn una secuencia temporal especificada. El multiplexor utilizado es el 74LS157 el cual esta formado por cuatro multiplexores de dos entradas. Todos los multiplexores comparten una misma lnea de seleccin de datos y una de habilitacin (enable), ya que solo existen dos entradas de datos que pueden ser seleccionadas en cada multiplexor, es suficiente para tener una nica entrada de seleccin. Este selecciona cuatro bit de datos desde dos fuentes bajo el control de una entrada de

Simb Vil Vih Vol Voh Rrst Tclcl

Parmetro Input Low Voltaje High in volt exc Xt1, RST Out Low Volt Ports Out high volt ports Resistor rst Oscillator Periodo

Min -0,5 0,2Vcc+0,9 -Vcc-0,3 50 25

Max 0,2Vcc-0,1 Vcc+0,5 0,3

Unidad V V v V

seleccin (S ) comn. El habilitador ( E ) debe estar en bajo para que se active el multiplexor.

200 ----

Kohm ns

El puerto 0 es un puerto bidireccional; cuando tiene 1s escritos las salidas estn flotadas y pueden servir como entradas en alta impedancia. El puerto 1 es quasidireccional, cuando se escriben 1s en el puerto ste puede ser utilizado como entrada. El cristal 1 Es la entrada del cristal para el circuito del oscilador (generador de reloj interno) El RST una entrada alta en esta lnea durante dos ciclos de maquina mientras el oscilador esta corriendo detiene el dispositivo.

Cuando el habilitador ( E ) esta en alto las salidas (Z) son forzadas a bajo. El 74LS157 es un implementador lgico de cuatro posiciones, con dos posiciones de switch donde la posicin del switch determina los niveles lgicos necesarios. Su funcionamiento esta dado de la siguiente manera:

Za = Ex ( I 1axS + I 0ax S ) Zb = E x (I 1bxS + I 0bx S ) Zc = Ex (I 1cxS + I 0cx S ) Zd = E x( I 1dxS + I 0dx S )El uso comn que se le da al multiplexor 74LS157 es el movimiento de dos grupos de datos de registros a cuatro salidas de buses comunes. Puede generar cualquiera de las cuatro de las diecisis diferentes funciones de dos variables con una variable comn.



Seguidamente a partir de las salidas del multiplexor Za Zb Su descripcin de pines es la siguiente:

Principio de funcionamiento Bsicamente estos motores estn constituidos normalmente por un rotor sobre el que van aplicados distintos imanes permanentes y por un cierto nmero de bobinas excitadoras bobinadas en su estator. Las bobinas son parte del estator y el rotor es un imn permanente. Toda la conmutacin (o excitacin de las bobinas) deber ser externamente manejada por un controlador.

MOTOR PASO A PASO

Unipolar: Estos motores suelen tener 6 o 5 cables de salida, dependiendo de su conexionado interno. Este tipo se caracteriza por ser ms simple de controlar.

La caracterstica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un paso a la vez por cada pulso que se le aplique. Este paso puede variar desde 90 hasta pequeos movimientos de tan solo 1.8, es decir, que se necesitarn 4 pasos en el primer caso (90) y 200 para el segundo caso (1.8), para completar un giro completo de 360. Estos motores poseen la habilidad de poder quedar enclavados en una posicin o bien totalmente libres. Si una o ms de sus bobinas est energizada, el motor estar enclavado en la posicin correspondiente y por el contrario quedar completamente libre si no circula corriente por ninguna de sus bobinas.

Las entradas de activacin (Activa A, B , C y D) pueden ser directamente activadas por un microcontrolador. Debido a que los motores paso a paso son dispositivos mecnicos y como tal deben vencer ciertas inercias, el tiempo de duracin y la frecuencia de los pulsos aplicados es un punto muy importante a tener en cuenta. En tal sentido el motor debe alcanzar el paso antes que la prxima secuencia de pulsos comience. Si la frecuencia de pulsos es muy elevada, el motor puede reaccionar en alguna de las siguientes formas:

Puede que no realice ningn movimiento en absoluto. Puede comenzar a vibrar pero sin llegar a girar. Puede girar errticamente. O puede llegar a girar en sentido opuesto.

Las caractersticas de los motores usados Se encuentran en ANEXO A



PUERTO PARALELO Cada uno de estos puertos ocupa tres direcciones del mapa de E/S: Puerto de Datos: De 8 bits, Puerto de Estado: . Se usan slo 5 de los 8 bits. Puerto de Control: Se usan 4 bits.

mximos de tensiones, corrientes y potencias que no debemos sobrepasar para no destruir el dispositivo. El parmetro de la potencia disipada por el transistor es especialmente crtico con la temperatura, de modo que esta potencia disminuye a medida que crece el valor de la temperatura, siendo a veces necesario la instalacin de un radiador o aleta refrigeradora. Los transistores utilizados e el proyecto fueron 2N2222 Zonas de funcionamiento del transistor bipolar: ACTIVA DIRECTA: El transistor slo amplifica en esta zona, y se comporta como una fuente de corriente constante controlada por la intensidad de base (ganancia de corriente). SATURACIN: En esta zona el transistor es utilizado para aplicaciones de conmutacin (potencia, circuitos digitales, etc.), y lo podemos considerar como un cortocircuito entre el colector y el emisor. CORTE: el transistor es utilizado para aplicaciones de conmutacin (potencia, circuitos digitales, etc.), y podemos considerar las corrientes que lo atraviesan prcticamente nulas (y en especial). FOTOCELDAS

Para este proyecto se utilizo el bus de datos para el ingreso de las seales del parqueadero y el pin 1 del pp del bus de control para habilitar y deshabilitar el multiplexor.

El bus de estatus esta constituido por:

El bus de Control determinado por:

TRANSISTOR BJT Dispositivo semiconductor de tres terminales, al que se le debe conocer una serie de valores

Las Fotoceldas son pequeos dispositivos que producen una variacin elctrica en respuesta a un cambio en la intensidad de la luz. Las fotoceldas pueden clasificarse como fotovoltaicas o fotoconductivas. Una celda



fotoconductiva es un dispositivo pasivo, incapaz de producir energa. Su resistencia vara en relacin con la intensidad de la luz en su superficie. Deteccin de la presencia de un objeto opaco. La deteccin puede hacerse en una base de todo o nada, en la que el circuito de la foto celda tiene solo dos estados de salida que representan la presencia o la ausencia de un objeto. La deteccin puede hacerse en una base continua, teniendo el circuito de la fotocelda una salida continuamente variable que representa la posicin variable del objeto. DISPLAY SIETE SEGMENTOS

Con un indicador de siete segmentos se pueden formar los dgitos del 0 al 9, tambin las letras a, c, e y f y las letras minsculas b y d. DECODIFICADOR 74LS47 BINARIO 7 SEGMENTOS Este dispositivo tiene salidas activa bajo de colector abierto, diseado para controlar el encendido de leds nodo comn o indicadores directos. Este dispositivo tiene dos entradas para control de blanqueo (RBI/ y RBO/). Las entradas y salidas son enteramente compatibles con lgica TTL. Caractersticas Elctricas:

-

Tabla de Funciones Internamente estn constituidos por una serie de diodos LED con unas determinadas conexiones internas. Ctodo Comn nodo Comn



DESARROLLO Como parte inicial del desarrollo se implementaron los ajustes necesarios a la maqueta del parqueadero, esto involucra: ajuste de los sensores (fotoceldas) ya que dependiendo de la resistencia de base de la etapa del transistor 2n2222 estas eran o no muy sensibles a las variaciones de luz, lo cual afectaba el desempeo del sistema. El pulso para que se empiece a contabilizar el tiempo de permanencia de cada vehculo y el conteo de los mismos; se obtiene implementado una serie de diodos emisores de luz a chorro que inciden directamente a una fotorresistencia para cada puesto conectada a una configuracin de emisor comn en un transistor PN2222; de tal forma que cuando ingrese un vehculo a determinado puesto, la incidencia de luz sobre esta es interrumpida y la fotorresistencia cambia su valor, llevando a corte o saturacin el transistor; dando el pulso para que se inicie el conteo. De igual manera cuando el vehculo sale de su puesto vuelva a incidir luz sobre la fotorresistencia mandando un pulso bajo que se utilizar como reset para el contador de tiempo, quedando de esta forma habilitado el puesto para recibir otro vehculo e iniciar un nuevo conteo. Circuito Leds de Chorro:

Circuito para cada Fotocelda con su respectivo led indicador (led indicador del puesto del parquedero utilizado)

En segundo lugar se implement la etapa de potencia para el motor paso a paso esta consiste en conexin darlington compuesta por 2n2222a y TIP41c , para el aislamiento y habilitacin de los cuatro conexiones darlington se implemento un buffer 74LS125. Para el control de corriente al motor se utiliza una resistencia de 1,5 ohm de 10wtt, conectada a 12v. Se procedi a hacer la distribucin de las seales a los puertos del microcontrolador las cuales son:

PUERTO 0 (SALIDAS) B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 MOTOR BCD



PUERTO 1 (ENTRADAS) B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 S3 S1 S2 CARROS

PUERTO2 (SALIDA AL P.P. DEL PC) B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 S3 S1 S2 CARROS PROGRAMA DEL MICROCONTROLADOR

Al estar dispuestas las entradas / salidas de las seales al microcontrolador se desarrollo el programa del mismo para observar su desempeo en cuanto a las activaciones del puerto 2 de acuerdo a las seales de entrada (el puerto 2 se visualizaba en las pruebas con leds). Como etapa final se multiplexaron las seales del puerto 2 y se elabor el software en LabView para capturar dichas seales, para la habilitacin de captura de los bits altos y bajos del puerto 2 del microcontrolador se enviaba pro el pin 1 del puerto paralelo (strobe/) un bit que permita dar este control al multiplexor y se procedi a establecer la lgica necesaria para representar cada sensor en la pantalla principal de LabView y llevar el conteo del tiempo para cada puesto del parqueadero as como su respectiva tarifa de cobro. Circuito del multiplexor:

$MOD51 $TITLE(PARCAR) ORG 0000H LJMP 100H ORG 100H MOV A,#00H MOV P0,A MOV P2,A MOV R0,P1 MOV P2,R0; MOV A,#040H ANL A,R0 MOV R1,A MOV A,#080H; ANL A,R0; MOV R3,A ; MOV A,#01FH ANL A,R0 MOV R6,A MOV R7,#00H CARROS: MOV A,#010H ANL A,R0 CJNE A,#010H,Q1

INI:



Q1:

Q2:

Q3:

Q4:

Q5:

INC R7 MOV A,#08H ANL A,R0 CJNE A,#08H,Q2 INC R7 MOV A,#04H ANL A,R0 CJNE A,#04H,Q3 INC R7 MOV A,#02H ANL A,R0 CJNE A,#2H,Q4 INC R7 MOV A,#01H ANL A,R0 CJNE A,#01H,Q5 INC R7 MOV P0,R7

MOV P0,A ACALL RTO DJNZ R4,ABRIR LJMP INI CERRAR: ACALL RTO MOV A,R7 ORL A,#20H MOV P0,A ACALL RTO MOV A,R7 ORL A,#040H MOV P0,A ACALL RTO MOV A,R7 ORL A,#080H MOV P0,A ACALL RTO MOV A,R7 ORL A,#010H MOV P0,A ACALL RTO DJNZ R4,CERRAR LJMP INI RTO: MOV R3,#0FH R10: MOV R5,#0FFH RET10: DJNZ R5,RET10 DJNZ R3,R10 RET END EXPLICACION Inicialmente se clarean los puerto 0 y 2 que son los que se van a utilizar como salida. Luego se cargan los registros con valores respectivos de las seales de entrada: R0 : Puerto 1 del uc R1: Sensor1, mas adelante se registra Sensor2 (sensores de entrada para abrir y cerrar la cerca) R3: Sensor de Salida (seal a enviar al puerto Ing. Gabriel Snchez Surez [email protected]

CUPO:CJNE R6,#00H,SIG LJMP INI SIG: MOV R4,#0DH CJNE R1,#0H,ABRIR MOV A,#020H ANL A,R0 MOV R1,A CJNE R1,#0H,CERRAR LJMP INI

ABRIR: MOV A,R7 ORL A,#080H MOV P0,A ACALL RTO MOV A,R7 ORL A,#040H MOV P0,A ACALL RTO MOV A,R7 ORL A,#020H MOV P0,A ACALL RTO MOV A,R7 ORL A,#010H


paralelo, para que resetee el cotador del puesto previamente desactivado) R6: Posiciones de carros Despus de tener estos datos se procede a contar el nmero de carros (no la posicin), para enviar este valor binario al decodificador de BCD, esto se implementa detectando el estado de los bits bajos del puerto 1 (puestos del parqueadero) mediante and lgicas para cada puesto, de forma tal que si el resultado de la and es 1 entonces se procede a incrementar el registro 7. De esta forma en R7 se mantiene el nmero de carros parqueado. Seguidamente se procede a preguntar por las posiciones desactivadas (R6) si es diferente de cero se procede a SIG a preguntar por los sensores de entrada (S1 y luego S2) para activar el motor en modo abriendo o cerrando; un nmero de secuencias especfico (R4). En caso tal de que el cupo sea 0 (o sea que todos los puestos estn ocupados), se regresa al inicio a cargar nuevamente cada registro hasta detectar que algn carro salga y por ende haya cupo disponible. Para cada rutina de abrir y cerrar se implementan el envi de la secuencia de activacin a cada bobina del motor dando un retardo entre cada pulso para permitir que se energice la bobina y repitiendo el ciclo un numero de veces R4 para abrir o cerrar por completo la rejilla. PROGRAMA LABVIEW

Por pantallazo frontal se reproduce el parqueadero en una vista superior, estipulando las seales respectivas de posicin de carro y sensores de entrada 1y2 y salida as como el nmero de cupos disponible, la activacin o desactivacin de la rejilla y los correspondientes temporizadores y precios. El diagrama respectivo es el siguiente:

Fig1 del Diagrama El programa en LabView consiste en una captura de estados lgicos a travs del puerto paralelo provenientes del puerto 2 del 8051, el cual permite tener acceso en tiempo real del estado de cada puesto del parqueadero as como de los sensores de la entrada y salida. La funcin principal del programa es la de interpretar y visualizar en una interfaz grfica,



las seales provenientes del parqueadero, de tal forma que se pueda monitorear el flujo de vehculos del mismo. Tambin tiene como funcin realizar el conteo de tiempo de permanencia en segundos de cada vehculo en su respectivo puesto, as como calcular la fraccin de tiempo y el costo respectivo. Para este caso se tomaron fracciones de 30 segundos y un valor de 700 pesos por fraccin. El programa muestra tambin el nmero de cupos disponibles. Este programa tiene 5 cuadros principales de secuencias uno para cada seal de sensor de posicin de carro. Si hay carro se sigue una secuencia en la cual se espera un segundo y luego se procede a incrementar el Tem correspondiente a cada puesto a la vez que se va determinando el precio por cada 60 segundos contados. Las secuencia para cada cuadro son las mismas; en la figura se observa los tres diferentes estados de cada cuadro: puede ser que este el carro y sigue la secuencia anteriormente descrita (Fig 2a, Fig 2b) o que no este el carro para lo cual se resetea el temporizador (Fig 2c)

a

b

cFigura 2 del diagrama La seccin en la figura1 del diagrama encerrada en lnea punteada es un SubVi que realiza la captura de datos desde el multiplexor dando la seal de control al mismo por el pin 1 del puerto paralelo.

Las secuencias especficas son: Secuencia 0: Se habilita el multiplexor para capturar los bits bajos con un retardo.

Fig 3 del diagrama



Secuencia 1: Se capturan los datos por los 4 bits altos del bus de estatus, se rotan para que representen los bits bajos del microcontrolador.

Fig 4 del diagrama Secuencia 2: Se habilita la entrada de bits altos del multiplexor con un retardo.

Fig 7 del diagrama Fig 5 del diagrama Secuencia 3: Se capturan los 4 bits altos (por los bits altos del bus de status del puerto paralelo) y se superponen con los bits bajos previamente capturados para formar el vector de seales completo. Se procede a v isualizar (activar) cada seal booleana correspondientemente distribuida en el pantallazo principal de LabView. El control para visualizar la puerta se establece deacuerdo a las seales anteriormente capturadas de forma tal que el valor booleano de cada seal se lleva a vector y se suman los trminos para preguntar si son diferentes de 5 (hay cupos) y estn abrir o cerrar entonces encienda el indicador de la puerta.

Fig 6 del diagrama Secuencia 4:

Fig 8 del diagrama Todas las partes del programa se ejecutan indefinidamente dentro de un ciclo WHILE.



CONCLUSIONES Para el desarrollo de cualquier programa en el microcontrolador es necesario hacer una eficiente distribucin de los puertos para lograr trabajar con todas las seales que el sistema requiera. El control de motores paso a paso mediante un microcontrolador hace necesario una correcta funcin de retardo para la activacin de cada bobina, ya que estos motores poseen un tiempo mnimo necesario para que cada bobina se alcance a energizar; de lo contrario no girar y quedar vibrando sin hacer una secuencia de pasos apropiada. La interfaz entre los sensores de las entradas del parqueadero y las seales al microcontrolador debe requerir cierta flexibilidad; ya que dependiendo de la resistencia de base de esta interfaz debe ser ajustada dependiendo de la cantidad de sombra del ambiente, para que no presente activaciones indeseadas. Para el manejo del display y una eficiente utilizacin de los puertos del microcontrolador se hace necesario utilizar un decodificador de binario a 7 segmentos (74LS47) El programa implementado para el microcontrolador obedece a una lgica del sistema (parqueadero); ya que se hace consecuencia al hecho de que primero debe estar el sensor1 de entrada y despus lgicamente el sensor2 antes de activar los sensores de los puestos del parqueadero; en este orden de ideas NO se hace control para situaciones que no correspondan a seales inapropiadas. El control en general del parqueadero se implementa en el microcontrolador; el software en LabView nicamente se utiliza para dar una visualizacin de las seales y el estado del mismo. BIBLIOGRAFA National analog and interface databook products

GONZALEZ,Vsquez Jos Adolfo, Introduccin a los Microcontroladores 8X52 8X51, Editorial McGraw Hill Microcontrolador 8051

www.ufps.edu.co/materias/ucontrol ANEXOS : DIAGRAMA DE CONEXIONES GENERAL



I ANEXO DIAGRAMA DE CONEXIN GENERAL


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