ADM for Application Management
Group 2 Non Full time (providing service)
M. Other Contact Center Services
II. Requirements A Work Requirements
2. Detailed Project Plan (Technical Work Plan)
1 Enunciado de la Práctica
El módulo de control de temperatura funciona como un horno eléctrico. Esta práctica tiene como objetivo realizar un control de temperatura del horno con la ayuda del microinstructor del 68000.
Para conseguir este propósito hemos dividido la práctica en tres partes. La primera consiste en realizar un estudio previo estudiando la información técnica del módulo que se va a usar, disponible en el siguiente capítulo y, responder las preguntas del cuestionario. La segunda parte de la práctica consiste en realizar la adquisición de la conversión analógico – digital de la salida del sensor de temperatura. Finalmente, la tercera parte de la práctica consiste en programar un controlador digital para que la temperatura del horno sea la que nosotros queremos.
2 Información Técnica
Este módulo está formado por un elemento sensor de temperatura cuya salida está acondicionada por un circuito analógico. Posteriormente la salida acondicionada se muestrea mediante el conversor analógico – digital disponible en el microcontrolador PIC16F873. La señal muestreada se trata mediante un programa que se ejecuta en el microcontrolador. Mediante uno de los puertos de entrada – salida de éste se envía el valor de la conversión al puerto A de la VIA para su tratamiento en el programa de control que se ejecuta en el microinstructor TM-683. Mediante otro puerto del microcontrolador se visualiza la temperatura medida en un visualizador de siete segmentos formado por tres módulos de cátodo común.
El programa de control genera una señal que es convertida mediante un conversor digital – analógico que es el encargado de excitar un transistor de potencia, el cual regula la corriente que pasa por la resistencia de calentamiento, y por consiguiente, controla la potencia disipada por la resistencia cuya temperatura es la que se quiere controlar. Para este motivo se pueden programar varios tipos de control: todo – nada, todo – nada con histéresis, control proporcional e incluso un control PID.
El esquema eléctrico del módulo de control de temperatura se encuentra al final de este documento.
ANEXO 4: MÓDULO DE CONTROL DE TEMPERATURA
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En la Figura 1 se puede ver el diagrama de bloques del módulo de control de temperatura.
Figura 1. Diagrama de Bloques del Módulo de Control de Temperatura
2.1 Medición de Temperatura
El elemento sensor de temperatura IC1, es un circuito integrado tipo LM35, el cual dispone de tres terminales y proporciona una salida lineal de tensión de 10mV/ºC. El rango de temperatura es de 0ºC a 100ºC, aproximadamente. Las características técnicas de este circuito se pueden ver en la Tabla 1:
Factor de escala lineal +10mV/ºC
Precisión a 25ºC 0.5ºC
Alimentación 4 a 30V
No linealidad ±¼ ºC
Impedancia de salida baja 0.1Ω para una carga de 1mA.
Tabla 1. Características técnicas del CI. LM35DZ
Tal y como muestra el esquema de bloques de la Figura 2, el sensor de temperatura reacciona ante el calor emitido por la resistencia de potencia, produciendo una diferencia de tensión, proporcional a la temperatura de la resistencia, entre su salida y el nodo de referencia.
ANEXO 4: MÓDULO DE CONTROL DE TEMPERATURA
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Figura 2. Esquema de la medición de temperatura
La salida del sensor de temperatura se introduce en el circuito de acondicionamiento de señal por medio del integrado IC2, que es un amplificador operacional tipo OP07 en configuración de seguidor de tensión. La salida de esta etapa seguidora se introduce en IC3, que es un amplificador de ganancia 5, realizado también con un amplificador operacional OP07, en configuración no inversora. Las resistencias utilizadas son de baja tolerancia para respetar al máximo la señal del sensor.
Posteriormente, la salida del amplificador de tensión, se introduce en otra etapa separadora IC4, formada también por un amplificador operacional tipo OP07 de la misma forma que IC2. Por último, la señal de salida se introduce a uno de los canales analógicos del microcontrolador, concretamente, a la entrada AN0.
2.2 Conversor Digital – Analógico
La conversión digital – analógico se realiza mediante el circuito integrado IC10 tipo DAC08CN. Es un circuito integrado con tecnología CMOS en un encapsulado de 16 pins tipo DIL. Las características técnicas se encuentran en la Tabla 2:
Resolución 8 bits Datos Paralelo Tiempo de conversión 1µs Alimentación 18V (máx) Error de ganancia ±1% Canales 2
Tabla 2. Características del DAC08CN
El conversor DAC está polarizado con una corriente de 2mA, resultado de aplicar una tensión de 10 voltios, procedente de un regulador lineal de tensión IC6 tipo 7810, a una resistencia de polarización de 5kΩ. La salida analógica del conversor se introduce en IC11 que es un amplificador operacional tipo OP07 realimentado con una resistencia de 5kΩ, para producir una tensión de salida entre 0V y 10V.
ANEXO 4: MÓDULO DE CONTROL DE TEMPERATURA
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82 2.3 Conexión con el Microinstructor TM-683
En el microinstructor TM-683 están disponibles dos conectores de aplicación (Aplicación 1 y Aplicación 2) con dos puertos de 8 bits cada uno (puerto A y puerto B). En el microcontrolador disponemos de tres puertos de entrada-salida. De estos tres puertos, sólo dos de ellos (puerto B y puerto C) disponen de ocho líneas de datos. El puerto A del microcontrolador sólo dispone de cinco líneas de datos.
El microinstructor TM-683 se conecta al módulo de aplicación mediante el conector de aplicación CN3. En este conector están disponibles las señales de la VIA. El puerto A (PA0 – PA7) de la VIA está conectado al puerto B (RB0 – RB7) del microcontrolador; mientras que el puerto B (PB0 – PB7) de la VIA está conectado a las entradas digitales del conversor DAC. Por el puerto A de la VIA, el microcontrolador envía al microinstructor el valor de la conversión analógico – digital de la temperatura.
La señal RA1 del microcontrolador está conectado a un interruptor de configuración. Si el estado lógico del interruptor es “1”, el microcontrolador envía al microinstructor un valor de 8 bits correspondientes a los ocho bits más significativos de la conversión. Cuando el estado lógico del interruptor es “0”, el microcontrolador envía los 10 bits de la conversión multiplexados en tiempo con el siguiente formato:
MSB LSB 0 0 0 X X X X X Byte Bajo MSB LSB 1 0 0 X X X X X Byte Alto
En ambos casos, el microcontrolador provoca un flanco descendente en su línea RA3, que está conectada a la línea CA1 del microinstructor, indicando que en el puerto A hay un valor de conversión.
El valor de la conversión, se envía al puerto A de la VIA porque en el conector de aplicación sólo están disponibles las señales de control del puerto A. Estas señales de control son necesarias para realizar una petición de interrupción y para el reconocimiento de la interrupción por parte del microcontrolador. Programando debidamente el microinstructor, un flanco de bajada en la línea CA1 sería motivo de interrupción externa.
La línea RA2 del microcontrolador está conectada a la línea CA2 de la VIA. El programa de control del microinstructor debe programar los registros de la VIA para que al leer el dato de la conversión del puerto A, la línea CA2 baje a nivel lógico “0”, hecho que el microcontrolador interpreta como que se ha recibido el dato de la conversión y puede enviar el siguiente.
En el Gráfico 1 se representa la variación de las líneas de datos y control (CA1 y CA2) cuando el microcontrolador envía un dato a la VIA del microinstructor.
ANEXO 4: MÓDULO DE CONTROL DE TEMPERATURA
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Grafico 1. Comportamiento de las líneas que intervienen en el envío de un dato a la VIA.
2.4 Módulo de Calor
La salida procedente del conversor DAC junto con el amplificador operacional, se conectan a la base del transistor de potencia Q4 tipo DB139. El colector del transistor está conectado a la tensión de alimentación de la fuente de +15V y, el emisor está conectado a la resistencia de potencia R19 de 10Ω y 15W. Según pase más o menos corriente por el transistor, el conjunto transistor – resistencia de potencia se calentará más o menos. Esta corriente se controla con la tensión de salida del DAC.
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3 Estudio Previo
Una vez leída y entendida la información técnica del apartado 2, responder a las siguientes cuestiones, argumentando las respuestas.
a) Obtener la expresión que relaciona la temperatura de la resistencia con el valor de la conversión analógico – digital, suponiendo que tenemos un conversor A / D de 10 bits y que sus tensiones de referencia son: Vmax = 5V y Vmin = 0V para
un rango de temperaturas de 0ºC a 100ºC.
b) Si el resultado de la conversión analógico – digital es 136 (88h), ¿cuál es la temperatura de la resistencia?
c) Según lo explicado en el Apartado 2.3, describe el proceso a seguir para obtener en un registro de datos del 68000 (D0 – D7) el valor completo de la conversión analógico-digital.
d) Calcula la expresión que relaciona el dato digital de la entrada del conversor digital – analógico con la tensión de salida del mismo.
e) ¿Qué tensión de salida corresponderá con un valor digital en la entrada de 58 (3Ah)?
4 Adquisición y Procesado del Dato
En este apartado se debe crear un programa para adquirir el resultado de la conversión analógico – digital y, procesarlo para obtener en una posición de memoria el valor de la temperatura de la resistencia.
Para realizar este apartado, el interruptor de configuración número 7 tiene que estar cerrado (estado lógico “0”).
Programar la rutina de atención a la interrupción generada por un flanco descendente en la línea CA1, para que lea del puerto A de la VIA los 10 bits del resultado de la conversión analógico – digital.
Fuera de la interrupción, operar con el dato leído para obtener la temperatura de la resistencia.
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5 Control Digital
Programar un algoritmo de control que compare la temperatura obtenida con la temperatura deseada y, actúe en consecuencia para que la temperatura de la resistencia sea lo más similar posible a la temperatura deseada.
Se puede elegir uno de los siguientes algoritmos de control:
- Todo / Nada
- Todo / Nada con Histéresis - Proporcional (P)
- Proporcional Integral (PI)
- Proporcional, Integral y Derivativo (PID)
En la elección del tipo de control, se debe tener muy en cuenta la gran inercia que presenta el sistema. Los procesos de calentamiento y enfriamiento de la resistencia de potencia son lentos.
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