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“Formando líderes para la construcción de un nuevo país en paz” 1
PROYECTO FINAL PARQUEADERO CON ASCENSOR.
JUAN ANGHELL MOLINA ARIAS; JOSÉ LEONARDO PEREZ NIÑO; CAMILO ANDRES
TRILLOS GRACIANO
[email protected], [email protected], [email protected]
RESUMEN
Este proyecto consta de un estacionamiento de 3 pisos el cual posee un ascensor vehicular que maximiza el espacio de forma eficiente, su propósito principal brindar al usuario un servicio de estacionamiento y adicional a ello un elevador, el cual permite moverse en los diferentes niveles, logrando el estacionamiento según la necesidad del usuario, también cuenta con alrededor de 9 cupos por piso en los cuales los usuarios pueden estacionar sus autos fácilmente; el sistema contiene una serie de display los cuales hacen visible la cantidad de cupos restantes, así como la cantidad de vehículos estacionados. Por otro lado, consta de un display en el elevador el cual nos indica el nivel en el que se encuentra la persona con su vehículo. Este sistema nos brinda una solución de parqueo eficiente y rentable. Se prevé que el sistema esté en la capacidad de; esperar el tiempo suficiente para que el vehículo aborde el ascensor, desplazar el vehículo de manera ascendente y descendente de forma precisa y contabilizar (mostrando por pantalla), la ubicación del ascensor y el número de vehículos que se encuentran en el parqueadero.
Beneficios de los ascensores para automóviles:
- Están diseñados para ciclos de vida largos.
- Los costos de operación son más bajos que los ascensores convencionales.
- Instalación y mantenimiento sencillos.
- Confiabilidad lograda a través de un sistema completamente integrado.
- Sistema de accionamiento hidráulico.
1. INTRODUCCIÓN
En la actualidad hay mucha demanda de parqueaderos en las grandes ciudades y para subir de uno a otro piso se requieren rampas, debido a estas rampas los espacios de estacionamiento se
reducen, para aumentar este espacio que necesitan estos grandes parqueaderos, se implementará la opción de un elevador, los elevadores para automóviles están diseñados para mover automóviles en parqueaderos,
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centros de negocios, exhibidores de automóviles, viviendas y más. Estos elevadores para carros brindan soluciones de estacionamiento compactas y fáciles de usar para ciudades de alto tráfico vehicular y espacios de alta densidad.
2. MARCO TEÓRICO
Circuito Integrado 555.
El circuito integrado temporizador más popular es el 555, es confiable, fácil de usar en diversas aplicaciones y económico. [1] El temporizador 555 se puede usar con voltaje de suministro en el rango de 5V a 18V y puede impulsar una carga de hasta 200mA. Es compatible con TTL y CMOS. Debido al amplio rango de suministro de voltaje es versátil y fácil de usar. Algunas aplicaciones lo incluyen como oscilador, generador de pulsos, rampa y generador de onda cuadrada, multivibrador mono-disparo, alarma antirrobo, control de semáforo y monitor de voltaje, el diagrama del 555 se ve en la figura
- [2]
Figura 1. Diagrama de pines del 555.
La compuerta OR exclusiva (XOR) se forma mediante la combinación de otras puertas. Sin embargo, debido a su importancia fundamental en muchas aplicaciones, esta puerta se trata como elemento lógico básico con su propio símbolo exclusivo [3]. En la tabla 1 se observan sus entradas y salidas, en la figura 2 y 3 su composición esquemática e integrada.
Tabla 1. Tabla de verdad de la compuerta XOR
Entradas Salidas 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0
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RBI y RBO son para hacer conexión en cascada. [4]
Un display 7 segmentos es un dispositivo basado en diodos LED, el cual está compuesto por 7 diodos distribuidos de tal forma que al encenderlos se puede formar cualquier dígito decimal. Cada uno de los LEDs están conectados en común por su ánodo o cátodo. Para el caso en que estén conectados por el cátodo, se le denomina cátodo común. Si están conectados por el ánodo, se le denomina ánodo común, la distribución de estos segmentos se ven en la figura 6. [4]
Figura 6. Disposición de los segmentos en un display 7 segmentos.
La configuración en ánodo común requiere un circuito de excitación, que proporcione un nivel de tensión bajo para activar un determinado segmento. Cuando se aplica un nivel BAJO a la entrada de un segmento, el LED se enciende y circula corriente a su través como se ve en la figura 7. [3]
Figura 7. Configuración del display 7 segmentos ánodo común.
Los motores paso a paso o también llamados “de movimiento indexado” o simplemente “de pasos” están diseñados para girar en un determinado ángulo en función de las señales eléctricas que se les aplique en sus terminales de control. Este tipo de motores se usan a menudo en sistemas de control digital, en los que el motor recibe órdenes de lazo abierto en forma de un tren de pulsos para hacer rotar su eje en un ángulo perfectamente definido, un ejemplo del mismo está en la figura 8. [5]
Figura 8. Motor paso a paso.
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La forma de hacer funcionar puede ser de 2 formas, Paso completo y Medio paso; en este proyecto se trabajará con el modo paso completo.
En la forma de paso completo el rotor avanza un paso completo por cada pulso de excitación. Para ambos sentidos de giro, las X indican los interruptores que deben estar cerrados (interruptores en ON), mientras que la ausencia de X indica el interruptor abierto (interruptores en OFF) como se puede observar en la figura 9. [5]
Figura 9. Secuencia de excitación de un motor paso a paso completo.
Un sumador en paralelo de 4 bits se implementa mediante 4 sumadores completos. Los bits menos significativos, se implementan a la derecha. Los bits de orden más alto, se introducen en el sumador completo que está más a la derecha, aplicando los bits más significativos de cada número al sumador que está más a la izquierda. La salida de acarreo de cada sumador se conecta a la entrada de acarreo del siguiente sumador de orden superior. Estos se denominan acarreos internos. El circuito integrado 74LS283, contiene un sumador en paralelo de 4 bits. La
siguiente figura muestra la distribución de pines de este circuito (Figura 10). [4]
Figura 10. 74LS283 Sumador en paralelo de 4 bits.
Existen bloques sumadores de datos de 4 bits en circuito integrado, cuya estructura interna se fundamenta en 4 bloques sumadores totales. Un circuito integrado muy popular de este tipo es el 74LS83, cuya estructura funcional, simbología y patillaje se muestran en la siguiente figura (Figura 11). [6]
Figura 11. Sumador de datos de 4 bits. (a)Estructura funcional. (b)Símbolo
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Figura 13. Metodología.
Paso 7: Desarrollar el circuito de control
Paso 8: Desarrollar con compuertas logicas los resultados de los mapas de Karnaugh
Paso 9: Pasar a proteus el contador sincrono con flip flops que aumente y disminuya un 7segmentos de 0 a 9
CASO 2:
Paso 10 : Investigar el funcionamiento del motor paso a paso
Paso 11: Obtener y simular los registros de desplazamiento para nuestro motor
Paso 12: Realizar el diseño del registro de desplazamiento (Se muestran circuitos fallidos)
Paso 13: Montar el diseño en proteus del circuito de registros de desplazamiento
CASO 3:
PASO 14: Sumar con acarreos el resultado de todas las LCD para obtener el valor total vehiculos en el parqueadero
Paso 15: Diseñar un circuito que convierta este código binario a bcd.
Paso 16: Mostrar por pantalla con dos display 7segmentos la cantidad de total de autos que existen en el parqueadero
Paso 17: Montar en fisico uno de los tres casos y evidenciar el proceso de construcción
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4. RESULTADOS
Paso 1:
Los parámetros serán los siguientes:
- Habrá un ascensor de tres pisos
- El ascensor deberá tener un botón de llamada en cada piso y posteriormente indicar el piso destino.
- El ascensor debe de tener una LCD que muestre el piso en el cual está ubicado
- El ascensor deberá pasar sin problema del piso 3 al piso 1, y parar cuando llegue a su destino.
- El ascensor debe hacerse con un motor paso a paso, a través de registros de desplazamiento
- Cada piso del edificio deberá poseer un display para arrojar por pantalla la cantidad de puestos que quedan disponibles en cada piso.
- En la entrada de cada piso estarán reflejados con pulsadores la simulación de entrada y salida de un vehículo
- En la entrada se mostrará por pantalla la cantidad de cupos totales que quedan en el parqueadero
Paso 2:
Se realizó en ilustrator un esquema que mostraría de manera pictográfica el diseño
que se tenía en mente para nuestro montaje del ascensor, en la figura 14 se puede apreciar esta imagen.
Figura 14. Diseño de nuestro montaje.
Paso 3:
Los materiales usados son:
Display 7 segmentos ánodo común Resistencias de:
- 330 Ω
- 2.2kΩ
- 10kΩ
- 39k
- 1000MΩ
- 5000MΩ Botones Compuerta NOT: 74LS Compuerta AND: 7400 – 74LS Compuerta or: 4075 – 74LS Compuerta Xor: 4030 – 74LS 74HC Decodificador 7447 – 74LS Flip flop 74LS Led verde Motor paso a paso
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Figura 18. Mapa de Karnaugh para JB y KB.
Figura 19. Mapa de Karnaugh para JC y KC.
Figura 20. Mapa de Karnaugh para JD y KD.
Paso 6:
El desarrollo de la etapa de control se basó en un 555 que era capaz de mostrarnos una señal de entrada o salida de vehículos como se muestra en la figura 21.
Figura 21. Circuito del 555 en proteus.
Al oprimir un botón u otro la salida Q es 1 o 0.
Paso 7:
Figura 22. Montaje de ascenso y descenso en proteus.
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Se muestra en la figura 9 el circuito creado a partir de mapas de Karnaugh con compuertas OR, AND, NOT y flip flops JK.
Paso 8:
Se muestra en la figura 23 el contador síncrono:
Figura 23. Montaje completo en el software proteus.
Sin embargo, este circuito también se puede resumir con el integrado 74LS190, se muestra en la figura 24 el esquema del mismo.
Figura 24. Integrado del contador 1-9.
- Caso 2: Control de motor paso a paso utilizando registro de desplazamiento y temporizador 555 (sin usar microcontroladores)
Paso 9: Para iniciar a hacer nuestro proyecto nos centramos en elaborar el circuito de movimiento del motor el cual nos permite subir y bajar nuestro ascensor y nos permite que los vehículos de entrada puedan subir a cada piso y estacionar de manera efectiva. Primero que investigamos fue el funcionamiento del motor paso a paso para así entender su funcionamiento y a través de los registros permitir su movimiento.
Figura 25. Esquema interno del Motor paso a paso. El motor paso a paso está compuesto por rotor y estator como se muestra en la figura 25. El estator es una parte estacionaria, mientras que el rotor montado en el eje con un cojinete gira siguiendo el campo magnético giratorio creado alrededor del estator. El estator, hecho de acero u otro metal, es el marco de un conjunto de electroimanes, que son bobinas
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En la figura 28 se muestra nuestro primer prototipo de giro del motor, usamos unos Logicstate para simular el reloj y para simular el botón de encendido, este prototipo utilizamos una compuerta Or para retroalimentar la salida D con la entrada A, este prototipo funciono correctamente el giro del motor hacia la derecha, como se muestra en la figura 29.
Figura 29. Prototipo 1.1.
Este prototipo conectamos la señal de reloj y un botón de encendido y además un switch que nos permitió detener el motor
Figura 30. Prototipo 1.
En la figura 30 incorporamos el temporizador 555 con configuración aestable para realizar la señal de reloj y unos leds que nos permiten visualizar el registro de desplazamiento y además nos fijamos que este motor solo nos realiza el giro del motor hacia la derecha y tuvimos que rediseñar el circuito para implementar el giro hacia los dos lados.
Paso 12:
Figura 31. Prototipo final del avance Este prototipo final del avance mostrado en la figura 31 es un circuito que nos permite el giro del motor en los dos sentidos el cual con un pulsador gira a la derecha el motor y con otro pulsador gira a la izquierda, esto lo realizamos con un 555 el cual con un pulsador manda un 1 (giro derecho) y con otro pulsador manda un cero (giro a la izquierda) y así es como tenemos el control del motor paso a paso utilizando registros de desplazamiento y temporizadores 555.
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Paso 13:
Se inicializan los tres contadores en números diferentes:
Figura 32. Contador de cada piso.
Visualizamos en la figura 32 que los tres contadores poseen los números 7, 2, 5, que darían como resultado el número 14.
Si pasamos este número a binario este daría como resultado el que se muestra en la figura 33
Figura 33. Conversión de decimal a binario
Por lo tanto, se tiende a montar con sumadores 74LS283 un sistema sumador que me genere la suma de los dígitos anteriores, se puede apreciar en la figura 34 el diseño del mismo
Figura 34. Integrado del sumador
En la figura 35 se puede apreciar la primera suma, y la figura 36 se presenta el resultado más el tercer valor del display
Figura 35. Suma de dos primeros números.
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Se observa en la figura 42 un Arduino usado simplemente como fuente de energía, un display 7 segmentos, compuertas de integrados y dos pulsadores, uno representaría un sensor pir que marque la entrada de vehículos, y el segundo representa el pir que marca la salida de vehículos. De esta forma poder realizar el montaje necesario para el parqueadero.
Figura 42. Montaje en físico 2
CONCLUSIONES
Todo el contenido programático de la asignatura lógica digital fue usado este proyecto, desde las operaciones conversión binario-decimal, el uso de flip flops, compuertas digitales, registros de desplazamiento y sumadores, con todos estos elementos se materializó la creación del elevador con parqueadero Se puede evidenciar que el uso de integrados reduce masivamente
costos, así como la cantidad de componentes que se utilizan. Se puede concluir que es de vital importancia consultar los esquemas internos de los integrados usados en el proyecto, ya que algunos integrados tienen estructuras diferentes en el interior, es preciso conocerlos para así evitar fallos en el montaje final. Cuando se trabaja con contadores binarios y su método de entrada es a través de pulsadores o conmutadores comunes es importante tener en cuenta el rebote que este genera al ser presionados, pues este puede generar que el contador binario se salte de dos a tres números al presionar el pulsador, y que registra más de una pulsación, esto puede ser solucionado con un circuito antirebote conformado con latche R-S, compuesto por dos compuertas NAND conectadas entre sí. Se puede concluir que realizando un buen procedimiento del contador por medio del estado siguiente - estado presente, podemos realizar la simulación de un ascenso y descenso, además de esto debemos comprender el funcionamiento de los integrados que convierten estos pulsos de ascenso y descenso en números que se verán por medio de un display.
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ANEXOS
VIDEOS:
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PROTEUS:
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BIBLIOGRAFÍA
[1] R. F. Coughlin and F. F. Driscoll, Operational Amplifiers & Linear Integrated Circuits, Prentice Hall Inc,
[2] D. R. Choudhury and S. B. Jain, Linear Integrated Circuits, New Delhi: New Age International Ltd., 2003.
[3] T. L. Floyd, Fundamentos de Sistemas Digitales, Madrid: Pearson Educación S.A., 2006.
[4] H. A. F. Fernández, Diseño lógico: fundamentos de electrónica digital, Bogotá: Ediciones de la U, 2010.
[5] F. Conti, Motores paso a paso, Buenos Aires: Librería y Editorial Alsina, 2005.
[6] A. H. Donate, Electrónica digital fundamental y programable, Barcelona: Marcombo S.A., 2010.
