Universidad de TarapacEscuela de Ingeniera Elctrica y Electrnica EIEE

Diseo Electrnico

Proyecto: Controlador de Invernadero

Profesor: Eduardo CorreaAlumno: Fernando Pinto M.Semestre: II semestre 2010

Introduccin

El siguiente informe entrega una descripcin detallada de las etapas involucradas en el proyecto de Diseo Electrnico.El informe se apoya con explicaciones, figuras e imgenes para indicar y mostrar el proceso utilizado en cada etapa del proyecto.En la etapa de Chequeo de Funcionamiento y Ajustes, se enumeran los errores encontrados, las causas que la provocan y las correcciones aplicadas.Se destaca adems las diferencias observadas entre el funcionamiento del circuito real y el diseado en el software simulador.Finalmente, conclusiones y observaciones son redactadas por el alumno intentando dar un enfoque personal en las dificultades encontradas en el diseo del proyecto, las aplicaciones posibles para el prototipo y las mejoras recomendadas para futuras versiones.

Descripcin del Proyecto

El objetivo de este diseo es realizar un circuito electrnico capaz de controlar las variables involucradas en un Invernadero. Estas variables son Temperatura, Humedad y Luminosidad.El circuito debe activar un ventilador, una vlvula de agua y un motor; de acuerdo a un criterio fijado considerando las seales de entradas provenientes de un sensor de Temperatura, de humedad y de luminosidad respectivamente.El criterio fijado es un rango que en principio ser +/-10% en torno a un valor deseado ingresado por el usuario para cada variable.

Etapas de Diseo

1.- Objetivos de Operacin.El objetivo de operacin del proyecto se planteo en la Descripcin del proyecto y bsicamente es realizar un circuito electrnico capaz de controlar la temperatura, la humedad y luz en un invernadero.2.- Descripcin de Proceso.En el proyecto se identifican 3 procesos: Ventilar, Humedecer e Iluminar con luz solar.

r(t): Set Point o referencia, valor deseado de variable a controlar.e(t): Error, diferencia entre variable a controlar y set point.m(t): Seal modificadora, acondicionada para activar el actuador.u(t): Seal de excitacin.y(t): Variable controlada o a controlar.w(t): PerturbacinLas variables a controlar y(t) son: Temperatura, Humedad e iluminacin.La seal modificadora m(t) es un voltaje elctrico.La seal de excitacinu(t) es flujo de aire, flujo de agua y desplazamiento de persiana. Los sensores convierten los valores de las variables a controlar en seales elctricas de tipo analgico.3.- Seleccin de Microprocesador.Para el diseo de este proyecto se selecciono el Pic 16f877A, ya que este Controlador de Interface Perifrico cuenta con entradas anlogas que permite leer desde los sensores el valor de las variables a controlar; tambin posee salidas digitales q se pueden usar como seal modificadora para accionar los actuadores.

Figura 2.- Controlador de Interface Perifrico PIC 16f877A

4.- Componentes a emplear.Basado en el 16f877A cuyo voltaje de operacin es de 5 volts, se deben seleccionar componentes que operen en este nivel o en su defecto utilizar interfaces que acondicionen las seales entre el PIC y los componentes externos (sensores y actuadores).Para el caso de las seales de entrada anloga se considerara niveles entre 0 a 5 volts. Por tanto los sensores que se empleen para detectar los valores de las variables a controlar deben convertir estos valores en seales elctricas que operen en el mismo rango de 0 a 5 volts.Para los actuadores se emplearan Ventilador, vlvula de agua y motor elctrico que operan con voltaje de 12 volts. Para esto es necesario entonces contar con un circuito que convierta el voltaje de 5 volts de baja potencia proveniente del PIC en un voltaje de 12 con potencia adecuada para suministrar la corriente necesaria para accionar los actuadores (Ventilador, Vlvula de agua, motor).

5.- Software de Simulacin de circuitos Electrnicos.5.1.- Para disear y simular el circuito electrnico se utilizo el Paquete de programas PROTEUS 7, gracias a su facilidad para disear con su programa ISIS, su amplia librera de componentes, la posibilidad de obtener rpidamente el Layout desde el esquema del circuito electrnico con componentes en dimensiones reales por intermedio del programa ARES quien tambin permite visualizacin en 3D.

Figura 3.- Suite de Diseo PROTEUS, para diseo de circuitos electrnicos.

5.2.- Para escribir el software se utilizo el programa Mikroc, este nos permite escribir amigablemente el cdigo, compilar y adems podemos emplear una funcin para escribir en el PIC16f877a.

Figura 4.- Programa Mikroc, para escribir en C y programar el PIC.

6.- Esquema de Circuito Electrnico en PROTEUS.Se diseo los circuitos para la placa principal y para la interface con el programa ISIS de Proteus 7. Se practicaron simulaciones de funcionamiento en cada circuito, para ello fue necesario utilizar algunos componentes que nos ayudaron a realizar adecuadamente las simulaciones.6.1.- Esquema Circuito Principal.En este caso se emplearon potencimetros para simular las variaciones de los sensores.

Figura 5.- Esquema de circuito Principal.

6.2.- Esquema Circuito Interface.Este circuito se basa en el ul2003 que puede enviar salidas a tierra de acuerdo al nivel de voltaje presente en sus entradas. De esta manera se simula un circuito que maneja los relays de cada actuador.

Figura 6.- Esquema Elctrico de Circuito Interface

7.- Programacin.En Mikroc se escribi el cdigo del programa que se instalo en el Pic 16f877A, en primera instancia solo se necesito un algoritmo que manejara las entradas anlogas del puerto A, y de acuerdo a los criterios planteados activara o desactivara las salidas digitales del puerto C. Adems se deba desplegar en el display una presentacin, pedir al usuario ingresar valores de Temperatura y Humedad deseados y luego mostrar sus valores actuales y acciones en los actuadores.

8.- Layout de Circuitos.Empleando el Programa ARES de PROTEUS 7 fue posible confeccionar rpidamente los Layout de los circuitos gracias a que este programa se encuentra integrado a ISIS. Con tan solo posicionar los elementos en el PCB virtual y escoger los parmetros adecuados para el trazado de pistas, orificios y criterios de conexin.

Figura 7.- Layout diseado en ARES.

9.- Impresin de Layout.Utilizando papel satinado y una impresora laser se imprimi cada circuito, preocupando que las dimensiones sean las correctas para los componentes a utilizar.

Figura 8.- Layout de Placa Principal Impresa en papel satinado.

Figura 9.- Layout de Placa Interface

10.- Construccin de Placas.La tcnica utilizada para grabar el Layout en una placa de cobre fue transfiriendo el Tner desde el Papel Satinado hacia la placa empleando calor.Con la ayuda de una plancha casera se transfiri el tner hacia la placa de cobre, luego se retiro el papel cuidadosamente ayudado de un chorro de agua fra.

Figura 10.- Transferencia del Tner por intermedio de calor

Figura 11.- Una vez hecha la transferencia del tner se retiro cuidadosamente el papel.11.- Montaje de Componentes.Se monto el PIC 16f877A sobre una base para circuitos integrados de 40 pines soldada a la placa principal, tambin se conecto el display y el teclado en sus respectivos conectores, quedaron dispuestos adems los conectores para las entradas (sensores) y salidas (actuadores). Las resistencias, condensadores, puentes y el cristal de Quarzo se soldaron directamente a la placa.

Figura 12.- Montaje Placa Principal

En el caso de la Placa Interface, el circuito Driver ul2003 se monto sobre una base de 16 pines soldada a la placa, se soldaron directamente los Relays, las resistencias, los led y los conectores de entrada, salida y de alimentacin de 12 volts.

Figura 13.- Montaje Placa Interface

12.-Prueba de funcionamiento, ajuste y correcciones.

En primera instancia se detecto una falla con el potencimetro que maneja el contraste del display, se cambio este elemento y se logro iniciar adecuadamente el prototipo. De aqu en adelante las mejoras se enfocaron principalmente en el software, donde finalmente se logro escribir un cdigo que nos almacenara los valores deseados para la temperatura y humedad ingresados por teclado y desplegado en el display.El dispositivo lee cada 5 segundos el nivel de voltaje presente en las puertas anlogas A0 y A1, convierte estos valores en sus respectivas equivalencias, los desplega en el display y ejecuta la accin deseada en las salidas C0 y C1 respectivamente de acuerdo.

Figura 14.- Prueba de Funcionamiento del circuito principal

13.-Presentacion.Una muestra del funcionamiento del dispositivo se puede ver en el video alojado en http://www.youtube.com/watch?v=rK1C4789UqE.

14.- Conclusiones.El dispositivo construido cumple satisfactoriamente los requerimientos planteados en un comienzo en lo que respecta al control de Temperatura y Humedad.Cabe sealar que su funcionamiento est pensado para invernaderos ubicados en zonas clidas y secas. Por ello que el control se basa en disminuir la temperatura por medio del ventilador y a aumentar la humedad a travs de riego abriendo la vlvula de agua.Se omiti el control de la luminosidad por esta vez, ya que esta se puede implementar fcilmente con un sistema on/off con un sensor de luz que active un motor que abre o cierre una persiana.Las futuras versiones son enfocadas principalmente en el software del dispositivo, siendo lo mas resaltable la posibilidad de utilizar algoritmos que permitan realizar controles ms sofisticados que puedan detectar la tendencia de las variables temperatura y Humedad, y aplicar acciones anticipadas para mantener estas variables en los valores deseados.Adems, en futuras versiones existe la posibilidad de incorporar en el diseo el uso de un puerto de comunicacin que permita salvar la informacin, previamente almacenada en memoria, acerca del comportamiento de las variables Temperatura y Humedad.Las dificultades destacadas en el proceso de diseo y construccin de este proyecto fue principalmente la inexperiencia en el manejo y limitaciones en el programa Mikroc, su poca estabilidad y escasos medios para obtener ejemplos, tutoriales o asistencia para consultas o asesoras.