INSTRUMENTACION Y MEDICIONES

TRABAJO COLABORATIVO FINAL.

Por:

Diego León Díaz Molina

Jorge Escobar

Jorge Giraldo

Julio

CC: 1020441426

Grupo: 201455_16

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A

DISTANCIA. UNAD – CEAD MEDELLIN

Introducción En el siguiente trabajo se presenta el desarrollo de una báscula electrónica mostrando valores de 0 a 1000 gramos, para ello se utiliza el principio de puente de wheatstone, que simula perfectamente el funcionamiento de una Galga extensiométrica, que es un dispositivo que mide una presión o peso sobre ella, debido a que la galga en la entrada sus valores en mili-voltios este se debe convertir a voltios y luego a una señal digital entendible para que pueda ser mostrada en un panel LCD. Aplicamos conceptos como el puente wheatstone, amplificadores operacionales, programación de PIC y LCD.

Materiales para el proyecto

Galga extensiométrica o celda de carga. ( en este caso un puente de wheatstone o potenciómetro para simular el peso inducido)

Buffer de Voltaje

Conversor Análogo / Digital PIC16F877

DISPLAY LCD.

Resistencias y condensadores varios

Diagrama de Bloques

Puente de Wheatston

GalgaExtensometrica

Buffers de Voltage

AmplificadorConversor Analogico

/Digital

Visualizacion Pantalla LCD

Diseño del sensor de peso de la báscula electrónica. Galga extensiométrica o celda de carga.

Debemos identificar los componentes a utilizar en este caso la celda de carga que es basada

en un puente de wheatstone, debido a que como el puente de wheatstone son unas

resistencias que cuando se ejerce una presión sobre ellas estas van variando y entregan su

salida en mili-voltios, y cuando se deja de ejercer presión vuelven a su estado original, es

como un resorte que es estirado y luego vuelve a su posición inicial, pero al igual que los

resortes si se ejerce mucha presión sobre una celda de carga que no soporta tanto peso esta

no regresara a su posición inicial y de esta manera inutiliza el dispositivo.

La primera galga con cables metálicos fue desarrollada en 1938. La galga extensiométrica

confinada en papel metálico consiste en una red de filamento de alambre (una resistencia) de

espesor de aproximadamente 0,025 mm, unido directamente a la superficie de la galga por

una fina capa de resina epoxy. Cuando se aplica una carga a la superficie, el cambio

resultante en la longitud de esta, se refleja en la resistencia. La deformación correspondiente

se mide en términos de la resistencia eléctrica del alambre de aluminio, que varía linealmente

con la tensión. La lámina y el agente de adhesivo deben trabajar juntos en la transmisión de

la presión. El adhesivo sirve, de igual modo, como un aislante eléctrico entre la rejilla y la

superficie de la lámina. Cuando se selecciona una galga extensiométrica, se debe considerar

no sólo la capacidad de medir la presión que tiene el sensor, sino también su estabilidad y

sensibilidad a la temperatura. Desafortunadamente, los materiales ideales para medir la

presión, son también los más sensibles a las variaciones de temperatura y tienden a cambiar

la resistencia a medida que envejecen. Para pruebas de corta duración, esto puede no ser

una preocupación seria, pero para la medición industrial continua, se debe considerar la

compensación de la temperatura.

Buffer de Voltaje

Con el fin no tener caídas de voltajes ni afectar el puente de wheatstone se puede

utilizar un sistema operacional configurado como seguidor de voltaje debido a que la

impedancia de entrada permite extraer el voltaje sin afectar el puente y luego de esto

pasan al amplificador restador

Amplificador Restador

Se deberá utilizar un amplificador que lo que hará es tomar la señal de salida en mili-

voltios de la celda de carga y amplificar su señal para poder ser enviada al convertidor

de señales análogas a digitales donde a su vez enviara la señal a la pantalla LCD

mostrando valores en mili-voltios y el correspondiente en gramos.

Para este proyecto se utiliza un amplificador restador que lo que hace este

amplificador usa ambas entradas invertidas y no invertidas con una ganancia de uno,

para producir una salida igual a la diferencia entre las entradas. Es un caso especial

del amplificador diferencial.

Para este proyecto se utilizara un amplificador operacional AD620 que de acuerdo a

investigaciones puede ser adecuado para este tema debido a que una de sus

aplicaciones es medir presion de un puente de wheatstone. Para ello es necesario

saber calcular la ganancia de salida utilizando la siguiente formula.

Para este proyecto se utilizó una resistencia de 499 ohmnios

Características Principales

Ganancia de Voltaje de 1 a 1000

Se requiere una sola resistencia para configurar la ganancia

Amplio rango de voltaje de alimentación: ± 2,3V a ± 18V

Bajo consumo 1,3mA max.

Excelente desempeño en DC 50µV offset max.

Desvío máximo de 0,6µV / °C

Ancho de banda 120 kHz con G=100

Bajo ruido

Encapsulado DIP 8

Conversor Análogo / Digital

El conversor lo que hará es tomar una señal analógica y convertirla a una señal de 8 a 10 bit,

una señal digital, para que la pantalla LCD la pueda interpretar y transmitir.

Los micro controladores de 40 pines como el PIC16F877, se puede observar que poseen 8

canales para conversión A/D, identificadas por las siglas AN(n), las cuales se encuentran

distribuidas entre el puerto A y el puerto E.

En este proyecto se utiliza PIC16F877A, Este micro controlador es fabricado por MicroChip familia a la cual se le denomina PIC. El modelo 16F877 posee varias características que hacen a este micro controlador un dispositivo muy versátil, eficiente y práctico para ser empleado en la aplicación que posteriormente será detallada. Algunas de estas características se muestran a continuación:

Soporta modo de comunicación serial, posee dos pines para ello.

Amplia memoria para datos y programa.

Memoria reprogramable: La memoria en este PIC es la que se denomina FLASH; este tipo de memoria se puede borrar electrónicamente (esto corresponde a la "F" en el modelo).

Set de instrucciones reducidas (tipo RISC), pero con las instrucciones necesarias para facilitar su manejo.

CARACTERISTICAS En siguiente tabla de pueden observar las características más relevantes del dispositivo:

Diagrama de Pines.

DISPLAY LCD.

Las pantallas LCD alfanuméricas, son las más utilizadas hoy en día en el desarrollo de proyectos o equipos electrónicos en los cuales se hace necesario visualizar mensajes de texto cortos, que proporcionen la información adecuada sobre un evento determinado. Las pantallas más comunes suelen ser de 1x16, de 2x16 y de 4x16 (Filas x Columnas). Todas estas configuraciones también se encuentran para 20 columnas y hasta para 40 columnas.

Identificación de los pines de una pantalla LCD: Veamos a continuación la descripción de cada uno de los pines de una pantalla LCD:

Pin out de un módulo LCD con conexión a Vcc, Gnd y Control de contraste. Pin 1, 2 y 3: como se puede observar en la figura, en la mayoría de las pantallas LCD, el Pin No. 1 y 2 corresponden a la alimentación de la pantalla, GND y Vcc, donde el voltaje máximo comúnmente soportado es de 5Vdc. El Pin No.3 corresponde al control de contraste de la pantalla. Pin 4: "RS" (trabaja paralelamente al Bus de datos del módulo LCD, Pines 7 al 14, es decir, cuando RS es cero, el dato presente en el bus corresponde a un registro de control o instrucción, pero cuando RS es uno, el dato presente en el bus corresponde a un registro de datos o carácter alfanumérico. Pin 5: "R/W" (Read/Write), este pin es utilizado para leer un dato desde la pantalla LCD o para escribir un dato en la pantalla LCD. Si R/W = 0, esta condición indica que podemos escribir un dato en la pantalla. Si R/W = 1, esta condición nos permite leer un dato desde la pantalla LCD.

Pin 6: "E" (Enable), este es el pin de habilitación, es decir, si E = 0 el módulo LCD se

encuentra inhabilitado para recibir datos, pero si E = 1, el módulo LCD se encuentra

habilitado para trabajar, de tal manera que podemos escribir o leer desde el modulo LCD.

Pin 7 al14: "Bus de Datos”, el Pin 7 hasta el Pin 14 representan 8 líneas que se utilizan para colocar el dato que representa una instrucción para el modulo LCD o un carácter alfanumérico .

Pin 15-16: "Back Light", en muchos modelos de LCD, los pines 15 y 16 son respectivamente el “Ánodo” y el “Cátodo”,

Conexión de una pantalla LCD en Pic Basic: Una pantalla LCD puede ser

conectada a un microcontrolador utilizando los ocho bits del bus de datos (D0 a D7) o

solamente los cuatro bits más significativos del bus de datos (D4 a D7). Al emplear los ocho

bits, estos deberán estar conectados en un solo puerto y nunca en puertos diferentes. Si

deseamos trabajar solo con los cuatro bits más significativos del bus, estos deberán ser

conectados en los cuatro bits menos significativos de un puerto o en los cuatro bits más

significativos del puerto seleccionado. Los pines E (Pin 6) y RS (Pin 4) pueden estar

conectados en cualquier puerto del microcontrolador. Por último, el Pin R/W deberá estar

conectado a tierra (GND) para indicar a la pantalla LCD que estaremos escribiendo, esto

debido a que estaremos trabajando inicialmente solo con la instrucción “Lcdout”.

Utilizando un potenciómetro de 1 kΩ como la simulación de la galga podemos variar el voltaje

donde de acuerdo a la programación de nuestro PIC se hace la conversión de análogo a

digital y realiza la caracterización de los valores que como en este caso es de 8 bits, sería de

255 escalas iniciando desde cero donde en cada escala se multiplica por 4 que es una

aproximación de la división que nos da 1000 gramos sobre 255.

Este valor es la escala de nuestra báscula que va desde 0 hasta 1020 gramos.

Debido a que el puente de Wheastone nos presenta dificultades en mostrar los valores y

cargar rápidamente el cambio de potencial de voltajes se decidió hacer otro montaje donde

se puede evidenciar la balanza funcionando correctamente con un rango de 0 a 1020

gramos, en cambio con el puente de Wheastone la escala varia de 212 hasta 784 gramos.

Programación del PIC en Micro Code Studio.

DEFINE ADC_BITS 8

TRISA = 255

ADCON1 = %00001110

ADCON0= %10000001

MUL VAR WORD

define osc 4

DEFINE LCD_DREG PORTB

DEFINE LCD_DBIT 0

DEFINE LCD_RSREG PORTD

DEFINE LCD_RSBIT 7

DEFINE LCD_EREG PORTD

DEFINE LCD_EBIT 6

DEFINE LCD_BITS 8

DEFINE LCD_LINES 2

DEFINE LCD_COMMANDUS 2000

DEFINE LCD_DATAUS 50

ANALOGICO var WORD

LCDOUT $FE,1

LCDOUT "BASCULA"

LCDOUT $FE,$C0,"PIC 16F877A"

PAUSE 300

INICIO:

ADCIN 0, analogico

MUL=ANALOGICO*4

LCDOUT $FE,1,"PESO:", DEC MUL

LCDOUT $FE,$C0,"'gramos: "

pause 100

goto inicio

Conclusiones

Se aprendió sobre los distintos tipos de PIC que sirven para funciones como convertir

señales análogas a digitales y transformar los datos para ser leídos por una pantalla

LCD

Se logró aplicar el concepto de puente de wheatstone para la realización o simulación

de una galga, la cual se encarga de variar su resistencia cuando se le aplica una

presión o peso en este caso.

Aplicando los conceptos y aprendizajes sobre los amplificadores operacionales se

logra ubicar el necesario para plasmarlo en la simulación y darle su correcto

funcionamiento transformando una señal en mili voltios a voltios que será leída por el

conversor análogo digital.

Bibliografía

Modulo curso de instrumentación y mediciones de la UNAD

DataSheet Amplificador AD620

DataSheet PIC16F877A

http://server-die.alc.upv.es/asignaturas/PAEEES/2004-05/A02-A03%20-

%20Conversor%20AD%20del%20PIC16F877.pdf

Link video Youtube https://youtu.be/FnjtxsGh9NM