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Jornada de Actualización Tecnológica 2011
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Diseño de una Puerta Automática
Castillo, Cesar Sánchez, Gabriel Santamaría, Cristian [email protected] [email protected] [email protected]
Resumen- Este proyecto consiste en el diseño de una
puerta automatizada. La puerta se abrirá y cerrara
automáticamente al detectar la presencia de un objeto
cercano a ella, para poder lograr esto se empleó un
motor en conjunto con mecanismo de correa el cual es
el encargado de mover la puerta y un sensor de
presencia que determinara la acción que debe tomar
la puerta, cada uno de estos elementos serán
controlados a través de un microcontrolador
encargado de la lógica de control del sistema.
Palabras Claves- Automatización, Control, Mecánica y Electrónica, Control. 1. Introducción
Este proyecto se basó en el diseño y elaboración de
una puerta corrediza automatizada. Los objetivos
principales de este proyecto son el demostrar la
comodidad de tener una puerta automatizada que
abra y cierre de manera automática sin la acción
directa de una persona, aparte de lo funcional y
práctico que resulta tener este tipo de puertas
especiales. Y como objetivos específicos es
comprender el completo funcionamiento de los
diferentes dispositivos que logran que la puerta se
desplace y saber interpretar o comprender el esquema
eléctrico-electrónico que hará funcionar este tipo de
puerta.
La puerta está diseñada para que se deslice de
manera horizontal la cual es accionada por diversos
sensores y otros dispositivos que enviaran la señal al
controlador que en este caso es un micro-controlador,
este recibe la señal y acciona el motor el cual hará
que la puerta abra y cierre de manera automática
cuando esté totalmente abierta o totalmente cerrada.
2. Marco Teórico
Las puertas automáticas se abren gracias al
automatismo u operador, el cual se acciona gracias a
un mecanismo de activación que no tiene siempre que
ser un sensor infrarrojo. Dentro de los sensores
podemos encontrar, sensores infrarrojos, por
ultrasonido, de proximidad y otros, como burletes de
seguridad para codo o rodilla, pulsadores de
emergencia, tipo timbre o de minusválidos y controles
de acceso mediante huella dactilar o tarjeta. Como
algunas de las aplicaciones de las puertas
automáticas podemos mencionar que son utilizadas
en supermercados hospitales, cines, restaurantes; su
funcionamientos consiste en carros corredizos que se
encargan de sostener el acrílico (material utilizado en
nuestro proyecto). Como algunas de sus ventajas
podemos mencionar que estas facilitan el acceso a
personas que tienen sus manos ocupadas o sufren de
alguna incapacidad motriz, también son muy utilizadas
para los garajes de autos. Como alguna de las
desventajas y una de las más importantes es que
estas puertas utilizan la fuente eléctrica para funcionar
y en caso de perder el suministro de energía eléctrica
estas quedan deshabilitadas y sin poder funcionar.
Otra desventaja es el costo que se tiene que invertir
en este lujo ya que no son elementos baratos en
comparación con las puertas manuales tradicionales.
3. Materiales y Métodos A continuación presentaremos los materiales
utilizados para el diseño de la puerta automática:
Puerta de acrílico
Motor DC (De una impresora)
Sensores infrarrojos
Sensores de posición
Microcontrolador (MCU-MC908JL3)
Mecanismo móvil de la puerta Puerta: Se fabricó de material acrílico, en ella se
acoplaran todas las partes que forman el mecanismo
móvil, también se incorporara una especie de guía en
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el piso de la maqueta para que la puerta se mueva
adecuadamente.
Mecanismo móvil de la puerta: Este mecanismo
consiste en un juego de dos poleas y una correa, este
es el mecanismo que utilizan las impresoras comunes
para el desplazamiento del cabezal (canon iP1800), el
cual esta acoplado con el motor y de esta manera
realizar un movimiento lineal en las puertas. La idea
de emplear el mecanismo con correa es para obtener
un movimiento lineal y opuesto entre las puertas es
decir, mientras una se mueve a la izquierda la otra se
mueve a la derecha y viceversa (observar figura 3).
Motor: Este dispositivo es el encargado de entregar la energía mecánica necesaria para el movimiento de la correa. Sensores de presencia: Permiten detectar la
presencia de algún objeto y de esta forma realizar una
acción específica con la puerta, los sensores de
presencia que utilizamos son infrarrojos, y están
alineados de manera que el ángulo de incidencia de la
señal emisora sea captado por el receptor. Se empleó
como emisor un diodo infrarrojo y como receptor un
fototransistor.
Sensores de posición: Permiten conocer la posición
de la puerta es decir, cuando está completamente
abierta y cuando está completamente cerrada.
Controlador: La función de control es realizado por
micro-controlador MC908JL3, el control por medio de
este sistema es más eficiente, nos permite realizar
cualquier ajuste o mejora en el sistema y nos evita
tanta circuitería. Este micro-controlador está asociado
con el motor y cada uno de los sensores, y están
conectados por medio de algunos circuitos de
comando.
Figura1. Estructura de la maqueta
Figura 2. Partes del mecanismo móvil de las
puertas
1. Representa la estructura del mecanismo móvil de la
puerta formador por las dos poleas y la correa como
se aprecia en la figura 2.
2. Son los sensores (interruptores de un mecanismo
de CD player) de posición los cuales indican cuando la
puerta está completamente abierta o cerrada, esto se
aprecia en la figura 2.
3. Pequeños rodillos del mecanismo de una casetera
que están acoplados a las dos puertas, estos se
mueven a través de un riel de la estructura para que
la puerta se pueda desplazar libremente y con menos
fricción, esto se observa en la figura 2.
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Figura 4. Diagrama en bloques del Sistema
El controlador del sistema es el MCU
(microcontrolador) que es el encargado de recibir la
señal de los sensores .infrarrojos y de posición, y
enviar una señal determinada hacia el motor que es el
encargado de mover el mecanismo móvil.
Nuestro actuador es el motor DC, su función es corregir la posición de la puerta de acuerdo al estado de las variables de control. El proceso o planta es el mecanismo móvil de la puerta. Por último la señal de realimentación depende de los sensores de posición ó infrarrojo que son los que detectan la presencia de cualquier objeto y envía la señal al MCU y de esta manera realizar una acción específica con la puerta.
Figura 3. Partes de acoplamiento al mecanismo móvil.
4. Es un elemento solido rectangular (de acrílico) que
esta acoplado a cada puerta y a través de este cada
puerta se acopla con la correa mediante un tornillo, la
puerta 1 en la parte inferior de la correa y la puerta 2
en la parte superior de la correa, como se observan en
la figura 3.
5. Forma un elemento solido rectangular (de acrílico),
que esta acoplado a cada puerta, este elemento es
para evitar que las puertas se levanten y de esta
forma poder mantenerlas acopladas al riel, figura 3.
4. Resultados
A continuación en la figura 4 se presenta el diagrama
en bloques del sistema de la puerta automática,
donde nuestra variable de entrada es la posición de la
puerta, es decir si está abierta ó cerrada.
En la figura 5 presentaremos el circuito electrónico
completo que se utilizo para el sistema de la puerta
automática:
Figura 5. Circuito electrónico
1- Interruptores de posición los cuales indican
cuando la puerta está completamente abierta y
completamente cerrada, el MCU internamente tiene
habilitada la función pull-up para cada interruptor.
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2- se ubican el fototransistor y el diodo infrarrojo los cuales hacen la función del sensor de presencia e indican cuando hay un objeto cercano, también se incluyó el uso de un Schmitt trigger ó disparador Schmitt el cual su función es la de evitar que ruidos externos dañen la señal que le es enviada al MCU y mantener la señal en estados lógicos para que estas sean interpretadas correctamente por el MCU. 3 -se encuentra el circuito de puente H que es necesario para el control del motor DC en ambos sentidos. Asociado a esta parte dos LED`s (D5, D6) que indican si la puerta está abriendo ó cerrando.
A continuación en la figura 6 se presentara el flujo-
grama del algoritmo del MCU, seguidamente en la
figura 7 se observa la programación en lenguaje
Assembler del MCU, dicha programación se
implemento bajo el entorno de WINIDE con sus
respectivos programas para grabar el programa en el
MCU.
Figura 6. Flujograma del programa
Figura 7. Programación en Assembler
Por último como un anexo presentamos algunas
imágenes de la implementación del circuito en placa,
protoboard y la tarjeta de desarrollo del micro-
controlador. Cabe destacar que el diseño de la placa se
hizo con el programa NI ULTIBOARD 11.0, en la
figura se presentan imágenes del diseño.
Figura 8. Circuito implementado en placa
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Figura 9. Diseño de la placa en NI
ULTIBOARD 11
Figura 10. Vista en 3D del diseño de la placa
Figura 11. Circuito del sistema implementado
con la tarjeta de desarrollo del microcontrolador
Figura 13. Circuito conectado en la maqueta
En la figura 13, no aparece la fuente de
alimentación sin embargo, como fuente de
alimentación se emplearon 2 fuentes, una para la
tarjeta de desarrollo del microcontrolador de 12V y
para el motor una fuente variable de manera que se
pudiera adecuar el voltaje para una velocidad
aceptable del motor.
5. Conclusiones
Las ventajas de usar un microcontrolador
podemos decir que tienen mayor fiabilidad
porque al reemplazar un MCU por un gran
número de elementos se disminuye grandemente
el riesgo a daños. Con el uso de un MCU se
tienen mayor control sobre un determinado
elemento y los parámetros de control están
programados por lo que si hay que hacerle
alguna modificación solo necesita cambios en el
programa de instrucciones.
La realización de este proyecto nos ayudó a
fortalecer nuestros conocimientos sobre el
funcionamiento de sensores y dispositivos como
el microcontrolador y los motores DC, ya que
estos que utilizamos en este proyecto.
Algunos de los inconvenientes que tuvimos en
nuestro diseño fue al implementar el circuito en la
placa no funcionaba de manera correcta ya que
algunos de los dispositivos se dañaron al
momento de soldarlos en la placa uno de ellos
fue el puente H que se usa para controlar el
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motor DC y el Micro-controlador también nos dio
problemas cuando se implementó en la placa, el
problema radicaba principalmente en que al
momento de aplicarle el acido a la placa varias
pistas se levantaron, se pensó en hacerlo
nuevamente sin embargo no disponíamos de
suficiente tiempo, como una solución rápida para
presentar el proyecto tuvimos que implementarlo
de nuevo el circuito al protoboard ya que era la
solución segura de que funcionara y sin fallas.
Cuando iniciamos el proyecto, del cual se hizo
una pequeña propuesta se pensó en emplear una
sola puerta y un mecanismo con cremallera para
la puerta sin embargo, estuvimos haciendo
observaciones en algunos supermercados de la
localidad que cuentan con sistemas de puertas
automáticas y nos percatamos que estos
contaban con una correa que movía dos puertas
simultáneamente, con esto rápidamente tratamos
de ingeniárnosla para implementar un prototipo
en maqueta de este sistema y surgió la idea de
emplear el mecanismo de una impresora la cual
nos facilito el sistema mecánico del sistema, el
cual se sabia que era el mas complicado.
Otra de las cosas que se pensó fue emplear un
sensor PIR de presencia sin embargo, esto nos
atraso grandemente el proyecto ya que no
funcionaba y también nos acarreo una inversión
de la cual no pudimos sacar provecho, entonces
como solución se empleo el sensor infrarrojo el
cual nos dio mejores resultados.
Referencias
[1] Sensor de movimiento disponible en:
http://www.slideshare.net/benjapreller/sensor-
de-movimiento-pir
[2] Sensores de movimiento infrarrojos
disponible en:
http://www.vidadigitalradio.com/sensores-
movimiento/
[3] Freescale semiconductor “M68HC08
Microcontrollers Data Sheet”,
MC68HC908JL3E Family Data Sheet, Rev. 4,
(10/2006)
[4] Cremallera mecánica disponible en:
http://www.concurso.cnice.mec.es/cnice2006/m
aterial107/operadores/
ope_cremallera.htm
