WinFACT+Arduino

5/22/2018 WinFACT+Arduino

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WinFACT + Arduino

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Conexin y Diseo de Aplicaciones entre

WinFACT y Arduino

Prof. Jos Manuel Ruiz GutirrezOctubre 2013


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Tutorial WinFACT+Arduino Prof. Jos Manuel Ruiz Gutirrez Octubre 2013

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INDICE

1. Introduccin2. La librera Arduino de WinFACT.3. Configuracin del objeto Arduino4. Algunas cuestiones generales de WinFACT5. Ejemplos prcticos.

5.1.Test Arduino + WinFACT5.2.Control de una salida Digital

5.3.Blink5.4.Funcin AND5.5.Contador de impulsos sencillo5.6.Semforo Sencillo5.7.Semforo en tiempo real5.8.Control de Iluminacin de Escalera5.9.Salida PWM5.10. Encendido Progresivo de un LED5.11. Entrada analgica 15.12. Entrada Analgica 25.13. Climatizacin 15.14. Climatizacin Banda Muerta


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1. IntroduccinLa conexin de la tarjeta Arduino a distintas herramientas software para facilitar sumanejo y potenciar sus posibilidades nos lleva a tomar en consideracin la poderosaherramienta WinFACT bien conocida en los ambientes acadmicos y tambin

profesionales.

WinFACt posee un conjunto de herramientas que facilitan el diseo de aplicaciones quepermitirn la conexin son el mundo fsico en el tratamiento de los datos y en elgobierno de actuadotes y la lectura de sensores.

La forma de trabajo que presentamos en este tutorial es muy sencilla y solo requiere unmnimo conocimiento de conceptos de programacin y un conocimiento bsico delentorno WinFACT.

+Las colecciones de libreras del software son muy amplias y podremos usarla en toda sugama, lo cual nos permitir ir de lo sencillo a lo ms complejo sin dificultad.

WinFact incorpora un bloque de librera del tipo USER que se encarga de lacomunicacin con Arduino. Esta realizada en Delphi y se dispone del cdigo fuente

para poder realizar las modificaciones que nos parezcan bien.

La conexin se lleva a cabo depositando previamente un firmware en la tarjetaArduino que se encargar del intercambio de informacin a travs del puerto USB.

Se ha utilizado para este tutorial la versin WinFACT 8

http://www.kahlert.com/web/home.php
http://www.kahlert.com/web/home.phphttp://www.kahlert.com/web/home.phphttp://www.kahlert.com/web/home.php


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2. La librera Arduino de WinFACT.A continuacin se explican los ficheros que vienen incluidos en la librera:

El archivo ZIP wfarduino.zipque se puede descargar en la pagina de WinFACTwww.kahlert.com contiene los siguientes componentes:

El controlador Arduino para BORIS (WinFACT 6/7/8)El cdigo fuente en DELPHI 6 del controladorEl firmware Arduino para la comunicacin a travs de USBEl firmware Arduino para la comunicacin a travs de Ethernet (UDP)

La manera de proceder para la instalacin de a librera es la siguiente.

Descomprimir todos los archivos en la carpeta UserDLLs de la carpeta en dinde esteinstado WinFACT (normalmente C: \ Archivos de programa \ Kahlert \ WinFACT8\ userdlls) Una vez realizado, cuando arranquemos la siguiente vez entonces usted

puede utilizar el Drivers despus prximo Inicio de BORIS en la paleta de objetos delusuario aplacer el bloque de Arduino

La siguiente tabla ofrece una visin general de los archivos disponibles.

Descripcin de archivos

ArduinoTest.bsy Estructura de la prueba BORIS para Arduino (WinFACT 8!)

Arduino.dll BORIS controlador para ArduinoArduino.bmp mapa de bits asociadoArduino_p.bmp mapa de bits asociadoArduino_t.bmp mapa de bits asociadoArduino.dpr DELPHI 6 archivo del controladorArduinoDlg.ddp DELPHI 6 archivo del controladorArduinoDlg.pas DELPHI 6 archivo del controladorArduinoDlg.dfm DELPHI 6 archivo del controladorUDP.pde Arduino firmware (fuente) para la comunicacin EthernetSERIAL.pde Arduino firmware (fuente) para la comunicacin USB
http://www.kahlert.com/http://www.kahlert.com/http://www.kahlert.com/


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3. Configuracin del objeto ArduinoCuando colocamos el bloque (toma el valor por defecto USER1) arduinoen el rea detrabajo pulsando dos veces sobre el con el botn derecho del rato nos abra una ventanaque permite la configuracin del modo de trabajo de Arduino Dialog. Al pulsar este

botn Dialogse abre la ventana (3) y en ella podemos configura:

Configuracin de las Entradas/Salidas.

El puerto de comunicacin: Si nos comunicamos va Ethernet o si noscomunicamos va USB. Nosotros lo haremos va USB. La configuracin del lacomunicacin va USB consiste en indicar el puerto por el que nos

comunicaremos (podemos saberlo con a ayuda del IDE de Arduino) y lavelocidad de comunicacin (normalmente 9800 baudios).

Seguidamente configuramos las entradas (inputs) y las salidas (ouputs).Recordemos que en las entradas es donde colocaremos, por ejemplo los

pulsadores y las salidas son en las que clocaremos los LEDs Las entradasaparecern en la parte derecha del bloque y las salidas en as parte izquierda.

Cada Pin se configura pulsando sobe el con y seccionando el modo de trabajo.Recordemos que este firmware con el que trabajamos dispone de de los pines2,3,4,5,6,7,8,9(8 pines) de los que son tambin salidas PWMlos pines 3,5,6,9.

Las entradas analgicas por defecto estn en modo used (usadas) pero sepueden poner en modo unused (no usadas).


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4. Algunas cuestiones generales de WinFACTNo es objetivo de este tutorial abordar el funcionamiento de la herramienta WinFACT.Este tema seria para dedicarle mucho ms tiempo. Solo mencionar algunas cuestionesmuy bsicas a tener en cuenta en relacin con el entorno.

WinFACT tiene dos modos de trabajo: Edicin y Simulacin

En el modo edicin colocamos los bloques de funcin que estn incluidos en cada unade las libreras, los enlazamos y damos los parmetros correspondientes. Existen dostipos de bloques: bloques que solo son de funcin(procesan datos de entrada y generansalidas) y bloques de interacciny/o visualizacin.

Los bloques unidos constituyen un modelo de algoritmo que es capaz de procesar datos

de entrada y obtener salidas. Existen bloques que generan estmulos, es decir, seales decarcter continuo (analgicas) o discreto (digitales) que son las que se procesan ysimulan el comportamiento de un sistema fsico del tipo que sea.

El cablead se realiza de manera sencilla con la ayuda del ratn situando este sobre losterminales de entrad o de salida del bloque.

Hay bloques que llevan asociada una ventana o pantalla en a que aparecen elementos detipo grafico tanto para la generacin como para la visualizacin de valores.

WinFact es un simulador de los llamados temporales en los que la variable principal es

el tiempo.


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WinFACT tiene la posibilidad de incluirle libreras especificas que realizan operacionesconcretas, esta librera se denominan de usuario y a continuacin vemos algunas de

ellas.

La simulacin e un montaje se puede hacer atendiendo a dos modos fundamentales detrabajo: En Tiempo Real o en tiempo de mquina. El tiempo real significa que lasunidades de tiempo sern mili segundos, segundos, minutos, etc.

La simulacin se puede hacer en modo bucle (continuamente simulando) o acotarla enciclos de simulacin siendo cada unidad bsica de tiempo lo que se denomina paso desimulacin.

El gobierno de la simulacin se realiza con una serie de botones de navegacin que sonlos que mostramos en el dibujo anterior y que cada uno tiene un texto que define sufuncin.

En a figura siguiente se muestra una pantalla con gran pare de las libreras deWinFACT.

Aspecto de la mayor parte de las libreras de WinFACT


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Inclusin de sinpticos de animacin. Herramienta FAB

A la hora de realizar nuestras simulaciones disponemos de una herramienta llamadaFAB(Flexible Animation Builder) que permite crear una pantalla sinptico conelementos que intercambian variables con el montaje de WinFACT

Para realizar una pantalla de interaccin con FAB basta irse a la librera de bloques de

usuario y seleccionar un bloque de Usuario en el que luego conectaremos


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con la librera FAB.DLL que es la que invoca al entrono para realizar el diseo de lapantalla-sinptico


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5. Ejemplos prcticos.5.1. Test Arduino + WinFACTEmpecemos por este sencillo ejemplo en el que reprueban cada un de los tipos deseales que pueden darse en la tarjeta Arduino: Salidas digitales, salidas analgicas,entradas digitales, entradas analgicas.

Se han colocado objetos de WinFACT para la generacin de seal como unBLOCKBUTTONy un BLOCKSPINEDITque introducen en Arduino un valordigital (0 o 1) y un valor analgico comprendido entre 0 y 255para la salida PWM.

La salida entrada digital del PIN4 se ha colocado un sencillo indicador de estado que esel bloque BLOCKSTATUSy para la entrada analgica se ha conectado una salidanumrica que refleja el valor de la entrada analgica del canal A0 que es un valor

comprendido entre 0 y 1024

No debemos olvidar configurar los bloques para los rangos de las seales que debengenerar o leer.

Otra parte fundamental de este ejercicio es realizar la configuracin adecuada de latarjeta Arduino, esto se hace pulsado dos veces sobre el bloque y aparecer una ventanasobre a que seleccionaremos para nuestro caso la interface tipo USB, el puerto n 5 y lavelocidad de 9600 baudios. Seguidamente configuramos el modo de trabajo de los pinesde la tarjeta: PIN4Digital Input, PIN2Digital Ouput, PIN3PWM Ouputy A0 Used


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Una vez realizada la configuracin y el esquema con los bloque enlazados podremosrealizar la simulacin pulsado en el correspondiente botn pudiendo ser este para

hacerla durante un tiempo establecido o de manera continua


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5.2. Control de una salida DigitalCon este ejemplo realizaremos el gobierno de una salida digital, concretamente la salidacorrespondiente al PIN8.

Una vez colocado el bloque de usuario Arduino en el rea de trabajo pondremos losparmetros de funcionamiento y conexin. Por un lado designaremos como Interface elpuerto USB(en nuestro caso ser el 5 porque es al que conectamos Arduino) lavelocidad la dejamos como est a 9600 baudios.

En segundo lugar deberemos seleccionar el PIN8 y seleccionar que trabajar en modosalida (Digital Ouput).

Para gobernar el estado de la salida hacemos uso de un Bloque Botn(BLOCKBUTTON) y eso sera todo

A continuacin vemos el esquema de montaje de este ejemplo sobre una tarjetaprotoboard.


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Montaje practico


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5.3. Blink.Si deseamos hacer que una salida se active y desactive de manera secuencial(intermitente) bastar que hagamos uso del bloque DIGIGEN que es un generador de

seal digital cclica (reloj) con impulso de duracin configurable.

En la figura vemos la venta de designacin de parmetros del bloque podremosmodificar el valor del tiempo en estado ON y en estado OFF Ton y TOff


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Se ha colocado tambin una imagen BMp en el rea de trabajo con e montaje sobreprotoboard del ejemplo.

Finalmente se ha colocado un bloque de visualizacin del valor que se enva a PIN8

En el montaje se ha dispuesto un bloque de usuario para incorporar la herramienta FABcon la que se ha creado una pantalla en la que aparece un esquema de Arduino y un ledque se sita en el PIN8 y que visualiza en tiempo real el estado de al salida fsica deArduino


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5.4. Funcin ANDEn este ejemplo deseamos realizar una funcin AND de dos entradas cuyos valoresrecogemos de la tarjeta Arduino a travs de los pines PI8 y PIN9 que actuaran comoentadas digitales en la tarjeta Arduino a las que conectaremos unos pulsadores. La salidase realizara en el PIN7 que actuar como salida digital.

En el montaje se ha colocado un bloque de retardo UNITDELAY que evita el errorque se produce si cableamos directamente la funcin de salida del bloque LOGUC2(funcin AND) hacia Arduino. Esto debemos hacerlo siempre que aparezca estemensaje.


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Se ha colocado un bloque de monitorizacin del estado de las variables con el fin depoder ver como se comporta el sistema.

En el bloque de retardo debemos ajustar el tiempo de retardo a un valor que no desvirteel comportamiento de las seales en lo que se refiere al tiempo.

Se ha colocado un bloque para la visualizacin de la salida PIN7


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5.5. Contador de impulsos sencilloEn este ejemplo utilizamos un bloque contador COUNTER que se alimentar de la

seal digital de salida del PIN8 de Arduino. Para el Reset utilizaremos la seal delPIN9.

La monitorizacin del estado de los pines 8 y 9 se realiza con a ayuda de dos bloquesBLOCKSTATUS y la salida del valor del contador se lleva aun bloque de

visualizacin de valor digital DIGITALMETER

En esta aplicacin se utiliza un bloque de Usuario para monitoriza los valores de lasseales y adems se ha colocado una imagen de Arduino. El bloque de Usuario FAB

presenta tres entradas: CLK, Reset y Cuenta que representan los valores de entradas deimpulso de cuenta y reset y el valor del contador.

Para la simulacin basta observar como dando impulsos en pulsador de CLK elcontador se incrementa y pulsando en el pulsador del PIN9 se pone a cero.

Como variantes en este ejemplo podramos poner una seal que nos permitiese la cuentahacia delante y otro hacia atrs (entrada D del contador) Bastara con modificar el

parmetro en la configuracin del contador


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Otra posibilidad es poner un valor de reste en el contador para que este se ponga a cerode manera automtica. El montaje seria el siguiente.

Montaje practico


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5.6. Semforo SencilloEn el siguiente montaje se realiza la simulacin del funcionamiento de un semforo. Serecurre a un bloque RESI que lo que hace es contar en sentido ascendente hasta que seactiva su entrada R.

Se establecen los tiempos de encendido de cada LEDen base a la respuesta de losbloques DISCRIMINATORque mantiene su salida activa mientas el valor de susentradas permanece en un rango que definimos nosotros en su ventana de parmetros.

Se establecen los tiempos de cada salida y se colocado un discriminador mas para que

su salida ponga a cero el contador RESI(entrada R) Tambin se ha puestoun botn por si queremos reiniciar la secuencia estando esta a mitad de ejecucin.


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En la figura se ve la designacin de tiempos de cada un de los discriminadores para cadasalida del semforo.

Las seales de cada lmpara se llevan a las salidas PIN7 PIN8 PIN9

Se han colocado bloques de visualizacin del estado de las lmparas

BLOCKSTATUS.

Se ha colocado un bloque de usuario de tipo FAB en el que se muestra sobre unaimagen de una calle con tres indicadores leds uno para cada color.

Se muestra tambin el estado del contador mediante un bloque DIGITALMETER.

Montaje en protoboard.


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5.7. Semforo en tiempo realEste e4jemplo es parecido al anterior pero en este caso el patrn de tiempo son lossegundos que genera el bloque CLOCK (0 a 60). El valor se lleva a tres bloques

DISCRIMINATOR que se encargan de activar las salidas de cada lmpara (Rojo,mbar y Verde)

Los tiempos de activacin de cada una de las salidas estn indicados en la imagen.

Las seales de cada lmpara se llevan a las salidas PIN7 PIN8 PIN9


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Montaje en protoboard


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5.8. Control de Iluminacin de EscaleraEste ejemplo sirve para simular el encendido de la lmpara de una escalera que puedeser gobernado mediante dos puntos.

La activacin se realiza mediante las entadas digitales PIN8 y PIN9 y la salida de lalmpara se realiza en la salida digital PIN7

El intervalo de tiempo de activacin se implementa mediante un bloque de tipoMONOFLOP. Las entradas PIN8 y PIN9 se llevan a un bloque de funcin LOGIC2(OR) cuya salida se lleva a un inversor LOGIC1 y como no se puede realimentardirectamente la seal al bloque Arduino se utiliza un bloque de retardo UNITDELAY



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5.9. Salida PWMLas salidas analgicas en Arduino se realizan mediante un sistema de Modulacin de

Anchura de Pulsos PWM.En este montaje configuramos el PIN9 como salida PWM y conectamos a este salida unLed que veremos iluminarse paulatinamente gobernado por un nivel de tensin de 0 a255 que generamos de manera manual con un sencillo bloque del tipo BLOCKPOTI

Se ha colocado un bloque PWM que nos permite a travs de un bloque trazador graficoRECORDER ver el tipo de seal. Estos dos bloques se han colocado sencillamente

para poder mostrar un ejemplo grafico de lo que es una seal de esta naturaleza ya quepara los efectos de control del Led del PIN9 ya el propio driver de comunicacin seencarga de generar esta seal



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5.10. Encendido Progresivo de un LEDEn este ejemplo se realizara l gobierno de una salida tipo PWMen el PIN9.

La seal es una rampa generada por un integrador con entrada de Reset, bloque RESI.El reset loo realiza un bloque DISCRIMINATOR al que le establecemos una bandadentro de la cual se realiza la rampa.

Se ha colocado un bloque de visualizacin y trazado SCOPEde la seal para ver lanaturaleza de esta.

Se ha puesto un bloque para visualizar el valor numrico de la seal variable que setraslada al PIN9.

Para el reinicio manual de la rampa se ha colocado un botn, bloque RESETMANUAL

En la siguiente figura se observan las ventanas de configuracin de los dos bloques queconforman el generador de la seal en rampa que variara de 0 a 255.


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5.11. Entrada analgica 1

En este ejemplo vamos a leer un canal analgico de entrada y representaremos el valoren un instrumento de panel.

Los valores analgicos se encuentran en un margen comprendido entre 0 y 1024 por lo

que el instrumento deber tener ese rango de escala.Podramos tambin utilizar otros bloques de funcin de WinFACT que permitan lavisualizacin e los valores.

Montaje sobre protoboard


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5.12. Entrada Analgica 2En el siguiente ejemplo se lee igualmente una seal de entrada analgica y se hancolocado distintos instrumentos para su visualizacin.



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5.13. Climatizacin 1Este ejemplo implementa un sistema bsico de control de los equipos de calefaccin yrefrigeracin en un local.

Las variables que se recogen de Arduino son dos de los canales analgicos A1 y A2.

El valor de consigna se recoge del canal A1 y ser bsicamente un potencimetro con elque marcamos el valor sobre el que queremos realizar las conmutaciones para activar lacalefaccin o el aire acondicionado.

El segundo canal analgico es A2 y es el que a travs de un sensor de temperatura nosindica el valor de esta.

Las salidas digitales PIN8 y PIN9 activan los elementos que gobiernan la calefaccin yel aire acondicionado. Salida PIN8 activa la Refrigeracin y salida PIN9 activa lacalefaccin.


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Los elementos encargados del gobierno de las salidas son bloques de comparacin(COMPARATOR) a los que se les ha consignado una banda de trabajo en funcin delos parmetros de comparacin.

Esquema de montaje en protoboard


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5.14. Climatizacin Banda MuertaCon este ejemplo deseamos controlar la climatizacin de una sala.

Utilizaremos un sensor conectado a la entrada analgica de Arduino A1.

Queremos gobernar un aparato de calefaccin y otro de aire acondicionado.

Para el gobierno de estos aparatos recurrimos a las salidas digitales de Arduino PIN8(Calefaccin) y PIN9 (Refrigeracin)

El control se realiza mediante dos bloques de tipo DISCRIMINATOR en los que

definimos la banda de trabajo tanto del elemento calefactor como del refrigerador.

Se han colocado dos bloques de retardo UNITDELAY que evitan el error de bucle.



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Esquema de montaje en protoboard

AGRADECIMIENTO:

Agradezco alDr.-Ing. Jrg Kahlertde la firmaIngenieurbro Dr. Kahlertla ayuda ybuena disposicin que me ha prestado para poder elaborar este manual.

Profesor:Jos Manuel Ruiz Gutirrez

Octubre 2013

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