Hoy en día en los circuitos de descenso de aguas bravas, están constituidos por puertas, en cada puerta del circuito hay un juez para verificar; si ha pasado correctamente por la puerta y si ha tocado las pértigas o no, y esos datos son enviados al centro de control, en el cual hay otro juez.
El objetivo principal del proyecto es crear un dispositivo electrónico e informático capaz de realizar tareas por sí mismo para quitar los jueces y reemplazarlos por componentes electrónicos. De esa manera los clubs o asociaciones se podrán ahorrar un gasto importante e invertirlo en otras cosas.
1. Introducción
En este proyecto se va a controlar electrónicamente y automáticamente un circuito de descenso de aguas bravas (slalom).
Hoy en día en los circuitos de descenso de aguas bravas, están constituidos por puertas, en cada puerta del circuito hay un juez para verificar; si ha pasado correctamente por la puerta y si ha tocado las pértigas o no, y esos datos son enviados al centro de control, en el cual hay otro juez. Nuestra propuesta es quitar los jueces y reemplazarlos por componentes electrónicos, los cuales van a hacer la misma función que los jueces, de esa manera los clubs o asociaciones se podrán ahorrar un gasto importante e invertirlo en otras cosas
Además, en colaboración con un equipo de zubiri Manteo se va a hacer un página web en el cual se verán reflejados los datos de los participantes y los datos recogidos a lo largo del descenso (posición, tiempo...etc). Dicha página la han realizado los programadores informáticos.Por otro lado, los participantes o clubes se podrán inscribir en la página web. Los jueces tendrán la posibilidad de modificar los datos de la página.
2. Objetivos
El objetivo principal del proyecto es crear un dispositivo electrónico e informático capaz de realizar tareas por sí mismo para una aplicación específica.
El medio en el que está situado parte del dispositivo, es un medio húmedo. Por ello habrá que fabricar una envolvente para proteger tanto el dispositivo como los demás componentes (sensores).
Al estar en un lugar apartado puede que no haya cobertura, por lo tanto se ha de poner un aparato que nos proporcione internet, o diferentes alternativas.
El medio para transmitir datos puede variar según el comprador, de esta manera se establecerán diferentes alternativas.
Descripción del proyecto
En la imagen 1, se aprecia el infograma del proyecto, en el cual se engloba el proyecto. De esta forma se tiene una idea más clara de los pasos a seguir para el desarrollo del proyecto por otro lado tenemos una mejor visualización del proyecto.
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| Infografía proyecto |
Bloques funcionales y esquema en Proteus
En la imagen 2, se puede visualizar el diagrama de bloques funcionales del proyecto, tiene diferentes aspectos a destacar.
El Voltaje de cada bloque, potencia consumida y modo de transmisión de los mismos.
Con una potencia de 0,704 W se puede crear un cálculo de lo que consumirá todo el sistema.
Se a medido el consumo total de todo el sistema conectado, da un total de 300 mA hora, partiendo de ese punto se calculará la duración de la batería.
Con estos bloques se puede hacer una idea de cómo desarrollar nuestro proyecto.
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| bloques funcionales del proyecto |
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| Esquema en proteus. |
Sensor movimiento SHARP GP2D12
El GP2D12 es un sensor de medición de distancia con procesamiento de señal integrado y salida de tensión analógica, también llamado fototransistor. Internamente tiene un procesador de señal, un circuito oscilador para crear sincronismo, un regulador de tensión, un led emisor y un receptor. El emisor y el receptor están en el mismo encapsulado. Cuando la luz del emisor rebota en algún objeto, el receptor recibe esa luz.
La tensión a la que se alimenta es de entre 4,5V y 5,5V, y su consumo es de 33mA.
Sus características son; tiene un alcance efectivo de entre 10 cm y 80 cm, tiene una duración del ciclo del pulso del LED de: 32 ms, su tiempo de respuesta es de: 39 ms y un retardo de arranque típico de: 44 ms.
En el Anexo 2 (Características sensor medición distancia SHARP GP"D12) se puede visualizar las características de sensor.
En las imágenes 4,5 y 6 se pueden visualizar diferentes aspecto del sensor implementado en el proyecto.
Módulo sensor vibrador SW-18015P/20P
Es un módulo de contacto interno abierto que detecta las vibraciones, y cuando detecta una variación de tensión, este se cierra. Este módulo se alimenta con una tensión de entre 3,3V y 5V.
Este módulo incorpora un sensor vibrador (SW-18015P), un potenciómetro y un chip LM393.
El sensor de vibración es un dispositivo que reacciona ante movimientos bruscos, golpes, o vibraciones, pero no a movimientos constantes o progresivos. El dispositivo dispone de un cilindro, con dos contactos. Uno de los contactos está unido a una varilla metálica ubicada en el centro del cilindro. A su alrededor, el otro contacto se arrolla a su alrededor en forma de muelle. En caso de una vibración, el muelle se deforma por efecto de la inercia, estableciendo contacto en varios puntos con el contacto fijo. De esta forma, se establece una conexión eléctrica entre ambos contactos, que puede ser leída con un microprocesador, como si fuera un pulsador, como vimos en entradas digitales en Arduino.
En el Anexo 3 (Características módulo sensor SW-18015-P) se puede visualizar las características de sensor SW-18015-P.
- Características del sensor:
- Voltaje máximo: 12V
- Corriente máxima : 20 mA
- Resistencia en reposo (circuito abierto) > 10 Mohm
- Resistencia de detección (circuito cerrado) < 10 ohm
- Rango de temperatura de trabajo : desde -40º hasta 80ºC
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| sensor vibrador SW-18015-P |
Para ajustar el umbral de vibración este módulo contiene un potenciómetro integrado. Además, el módulo contiene un chip integrado, el chip LM393, el cual consta de dos comparadores independientes de tensión de precisión, con este comparador sabremos cuando el sensor ha recibido alguna vibración.
En la imagen 8, se puede visualizar los bloques del módulo, y sus entradas y salidas.
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| Modulo sensor vibrador SW-18015P/20P |
ATMega328P
Este chip es un microcontrolador creado por Atmel. El ATMega328p AVR 8-bit es un circuito integrado de alto rendimiento que está basado en un microcontrolador RISC. Cuenta con 28 pines. De estos, 14 son digitales (de los cuales 6 pueden ser utilizados como salidas PWM), y tiene otras 6 entradas analógicas.
Este chip se alimenta entre 1,8V y 5,5V, para ello contiene pines de alimentación y de GND. Por otro lado, se ha de poner un cristal de cuarzo como oscilador de 16MHz para crear sincronismo, con sus respectivos condensadores, para su correcto funcionamiento y también tiene un pin de reinicio.
En nuestro proyecto este chip será el encargado de recoger la información de los sensores, tanto los datos de los sensores de vibración, como los de los sensores de movimiento y estos transmitirlos mediante WIFi o GSM a la nube. Para ello se deberá hacer un programa en arduino y este cargarlo en el microcontrolador.
En el Anexo 4 (Características ATMEGA 328P) se puede visualizar las características del Microcontrolador ATMEGA 328 P.
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| ATMega328p mapa de pines |
Transmisión de datos
La transmisión de datos via wifi es una comunicación inalámbrica o sin cables. Es aquella en la que la comunicación (emisor/receptor) no se encuentra unida por un medio de propagación físico, sino que se utiliza la modulación de ondas electromagnéticas a través del espacio. En este sentido, los dispositivos físicos sólo están presentes en los emisores y receptores de la señal, entre los cuales encontramos: antenas, computadoras portátiles, PDA, teléfonos móviles, etc.
Módulo WIFI ESP8266
Para enviar los datos de los sensores, tanto de movimiento como de vibración, se ha implementado este un módulo wifi ESP8266, este módulo nos permite enviar datos a la nube.
Este es un módulo WIFI diseñado desde el principio con la Internet of Things en mente ( IOT), y por eso incluye todo lo necesario para conectarse a un punto de acceso WIFI mediante comandos de texto AT, vía una puerta serie, que puede ser configurada a diferentes velocidades.
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| Pines del ESP8266 |
El módulo ESP8266 incluye un pequeño procesador interno que podría programarse para funcionar de modo autónomo, e incluso dispone de un par de puertos GPIO (General Purpose Input Output) para su uso como activador de algo.
El módulo se alimenta con 3.3V del Arduino y da un máximo de 50 mA.
Al hacer la placa solo con el microcontrolador ATMega328, de la batería obtenida se ha bajado la tensión a 5V mediante un regulador para alimentar el micro. Y de los 5V obtenidos se ha puesto otro regulador para bajar la tensión a 3,3V y así poder alimentar este módulo WIFI.
Datos técnicos y funcionamiento del módulo
Rango de frecuencia: 2.4GHz-2.5GHz (2400M-2483.5M)
Tensión de funcionamiento: 3V y 3,6V
Corriente de funcionamiento: 80mA
Este chip incorpora una CPU, que es un microprocesador de ultra bajo consumo de 32 bits.
Frecuencia del cristal de cuarzo: 26MHz-52MHz.
Bus periférico: UART/SDIO/SPI/I2C/I2S/IR Remote Control, GPIO/PWM.
En el Anexo 5 (Características módulo ESP8266 ) se puede visualizar las características del módulo ESP8266.
En la imagen10, se puede apreciar el principal funcionamiento interno del módulo, este envía los datos recibidos del microcontrolador ATmega328P a la nube. Para ello, se ha tenido que actualizar un firmware nuevo ya que no funcionara sin el.
Este módulo dispone de una página web para su correcta configuración. Una vez que le instruimos para que se conecte a nuestra WIFI, el módulo es capaz de enviar información que le remitimos vía la puerta serie a una dirección IP y puerto deseado.
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| Diagrama interno del módulo |
4. Procedimiento de montaje
Se ha realizado un procedimiento de montaje muy exacto, para que en futuras averiar o reformas se tenga constancia de como esta el circuito montado, indicando que componentes van conectados a qué componentes. De esta manera cualquier técnico podrá seguir el circuito más fácilmente.
Este proceso se realiza exclusivamente para la parte no móvil (PCB). para la parte de los sensores no se realiza un procedimiento ya que no es posible por tener diferentes medidas y ángulos de apoyo.
Explicación de procedimiento de montaje de la parte móvil:
En la imagen 24 se visualiza Como se colocan los sensores dentro de las pértigas huecas.
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| Croquis conexionado de sensores |
En la imagen 25 se visualiza como se amarraran los cables a los colgantes.
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| Croquis de anclajes de pértigas |
5. Puesta a punto
La puesta a punto del todo el proyecto se ha realizado en dos fases.
La primera fase se ha realizado en la parte electrónica, se han comprobado diferentes aspecto de la parte analogica, como voltajes, consumos etc y con comprobaciones de diferente índole. También depurando los diferentes programas que tenemos para las diferentes funciones de sistema.
Antes de montar ningún componente activo, para una buena protección de los mismos se ha realizado un pequeño testeo de la placa por si tuviera algún pequeño problema con los voltajes, para no dañar ningun componentes.
En el siguiente enlace se ha realizado un video en el cual se muestra el testeo para la puesta en marcha del proyecto.
En lo que a nuestra competencia se refiere se han regulado los sensores antes de utilizar las pértigas.
En lo referente a la captura de datos se ha dejado programado el microcontrolador (328 P) mediante un arduino, con un programa realizado anteriormente.
Y en el modo de transmisión de datos ya se ha programado anteriormente el módulo WIFI ESP8266. Se le ha insertado un wifi y dirección IP de un móvil, para tener una óptima conexión a la hora de presentar el proyecto.
La segunda fase se ha realizado en conjunto con Zubiri manteo ya que al tener parte de programación externa a nuestras competencias se realiza en conjunto. Esa parte consiste en mandarles los datos desde nuestro sistema y que sean recibidos su página WEB y del proyecto completo, todo ello dentro de los parámetros establecidos en común.
Con estos pequeños ajustes y todo la documentación creada y testada, se da por concluida la puesta a punto y marcha.
Si quieres leer la memoria completa del proyecto pincha aquí
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