Capítulo IV - virtual.urbe.edu
32
Capítulo IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
Transcript of Capítulo IV - virtual.urbe.edu
Capítulo IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
62
CAPÍTULO IV
RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
Este capítulo presenta de manera sistemática los resultados obtenidos
de acuerdo al orden de las fases previamente establecidas en el capítulo
anterior, a través del análisis de los datos desarrollados en cada objetivo
específico planteado, con el fin cumplir las metas propuestas y establecer
directrices que permiten a los investigadores estipular la utilidad del estudio.
1. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS DATOS Y RESULTADOS
En este punto de la investigación, se desarrollan las fases
metodológicas establecidas en el capítulo III, con la finalidad de lograr la
consecución del objetivo general de la presente investigación: desarrollar un
contador automático de vasos para el control de calidad en la empresa
Zuliana de Plásticos C.A.
1.1 DESARROLLO DE CADA FASE DE LA INVESTIGACIÓN
A continuación se desarrollan una por una las fases que dan forma a la
presente investigación; donde se define el problema, se definen las
especificaciones, se crea la documentación necesaria, adaptación del
hardware y el software, implementación del hardware, integración del
63
hardware con el software, construcción del prototipo definitivo y las pruebas
finales.
FASE I: DEFINICIÓN DEL PROBLEMA En esta fase se especifica que el primer paso en el proceso de diseño
es definir la situación objeto de estudio, implicando esto establecer lo que se
supone debe realizar el producto para cubrir con las expectativas para las
cuales ha sido creado.
Sin duda, los contadores son los bloques digitales más utilizados,
estando presentes en la mayor parte de los sistemas digitales, habida cuenta
del amplio número y diversidad de sus aplicaciones. En primer lugar, el
propio contaje directo de unidades que, además de la información sobre
número de objetos, personas o sucesos, permite el control de dicho número;
por ejemplo controlar el número de objetos a insertar en un envase, el
número máximo de personas presentes en un recinto, o en este caso el
número de vasos que contiene una muestra o estuche.
Para el desarrollo del primer objetivo específico planteado:
“Diagnosticar la situación actual del proceso de conteo de vasos para el
control de la calidad en la empresa Zuliana de Plásticos C.A.” en conjunción
con la primera fase metodológica “Definición del problema”, se realizaron
revisiones bibliográficas y se consultaron páginas web de distintos
fabricantes de contadores automáticos destinados a un sinfín de procesos
industriales principalmente para conocer las funciones que cumplen.
64
Seguidamente durante el desarrollo de la primera actividad
“Establecimiento de lo que se supone que debe realizar el producto” se
extrajo información del volumen 5 del libro Curso Práctico de Electrónica
Digital, dentro del cual se especifica las funciones básicas que debe ejecutar
un contador fotoeléctrico de personas y objetos y resalta el papel que
cumplen los contadores automáticos y sus ventajas frente a los contadores
electromecánicos.
Por otra parte, en la segunda actividad “Especificaciones y necesidades
especiales” se consultó el catálogo de productos online de la empresa
NӦLLMANN, donde se encuentran algunas de las especificaciones de un
contador digital universal que ofrecen para distintas aplicaciones entre ellas
el conteo de artículos, información que aporta gran valor a las expectativas
de la presente investigación. Entre las necesidades especiales, indica que
debe tener una pantalla o display para visualizar el conteo, una velocidad de
respuesta acorde a la aplicación en la cual se implemente el dispositivo,
botón de reset y por supuesto teclas de interacción.
Para finalizar con la fase I, conociendo previamente lo que básicamente
debe contener un contador automático de vasos, se realizó una entrevista
estructurada al personal responsable del conteo de vasos, que actualmente
se realiza de forma manual, para el control de calidad de la empresa Zuliana
de Plásticos C.A, para conocer las carencias y fortalezas del sistema
utilizado, y conocer las expectativas o sugerencias para la implementación
del prototipo a desarrollarse en la presente investigación. Ver anexo E.
65
De las evidencias anteriores se pudo conocer mediante la entrevista
realizada a la Ingeniero Sandra Rincón, Coordinadora de Gestión de la
Calidad y SHA, que de las máquinas termoformadoras se obtienen los
estuches contados, pero que por el deterioro de las máquinas o por simples
desperfectos en la película plástica de donde se termo moldean los vasos,
los estuchen vienen en ocasiones fallos. Seguidamente el personal de
empacado se ve en la necesidad de contar o completar los estuches
basándose en medidas preestablecidas en las mesas de trabajo, para luego
ser empacados.
Ya que la empresa actualmente tiene certificado su sistema de gestión
de la calidad por las normas ISO 9001:2008, somete la producción a una
estricta verificación de muestras por cantidades producidas, siendo esta de
dos estuches de cada producto que se esté haciendo en cada turno, para
hacerlos pasar por un control de calidad, donde se cuentan y se verifican el
estado de los vasos, para determinar posibles fallas y así mejorar la calidad
del producto. Como consecuencia del actual proceso de conteo para el
control de calidad, se evidencia el consumo de muchas horas de trabajo que
tiende a ser repetitivo.
Como solución previa, se hacen conteos intermitentes para no fatigar la
vista y así tratar de minimizar las fallas en el control de calidad, ya que no
existe todavía una propuesta para dar solución a la situación actual. Cuando
se le preguntó a la entrevistada si creía conveniente que la empresa
implementara un contador de vasos automático para el control de la calidad,
66
la respuesta fue contundente, dejando claro de esta manera la necesidad de
llevar a cabo la presente investigación.
Al preguntársele por las consideraciones para el prototipo, la ingeniero
fue enfática en hacer saber que debía ser liviano y de fácil transporte de
manera que agilizara la tarea, y que fuera digital. Sin muchas otras
consideraciones, como por ejemplo que posea componentes de fácil acceso
en el mercado nacional y de fácil manejo.
FASE II: DEFINICIÓN DE LAS ESPECIFICACIONES En esta fase se hace referencia el posible funcionamiento del prototipo
que se desarrolló, determinando los estímulos de entrada y salida necesarios
para el correcto funcionamiento del contador automático de vasos. En el
desarrollo del segundo objetivo específico: “Determinar los requerimientos
técnicos para el contador automático de vasos”, a la par de la segunda fase
mencionada en el inicio, se realizó una primera definición del funcionamiento
del contador automático de vasos, estableciendo las entradas necesarias
para obtener las salidas requeridas.
Para la primera actividad: “Definición del posible funcionamiento del
sistema a desarrollar”, se determina un circuito electrónico que cuenta la
cantidad de veces que un vaso se interpone entre un rayo de luz y un sensor
óptico. El estado de la cuenta se mostrará en una pantalla alfanumérica lcd
de 16x2. Se establecen unas recetas según el producto a contar con las
67
cantidades especificadas por la empresa, así como también la dimensión de
la boca del vaso para incluir unas barandas de ajuste que mantengan
estables los estuches para poder ser contados con la menor cantidad de
errores posible.
En la segunda actividad “Establecimiento de estímulos de entrada y
salida”, se determinó primeramente como estímulo de entrada la opción
escogida por el usuario del producto a contar, opción que se procesará por
medio de un microcontrolador, el mismo activará una salida para poner en
marcha un mecanismo que mueve el sensor para iniciar el conteo. La señal
proporcionada por el sensor será la entrada más importante para el resultado
del proceso, por lo tanto se ideó un proceso de conteo y verificación a
manera de aseguramiento de la confiabilidad del prototipo.
Como complemento al sistema de conteo se definió un sistema
motorizado de ajuste para el estuche de vasos para asegurar que no tenga
movimiento una vez dispuesto para contar, esto asegura un óptimo
rendimiento para el sensor porque mantendrá estable el estuche.
De igual manera para la tercera actividad “Observación directa”, se
inspeccionó el lugar donde la ingeniera responsable de llevar a cabo el
control de la calidad, realiza la actividad de conteo de muestras para
determinar las dimensiones del prototipo a diseñar. De igual manera se
observó la disponibilidad de componentes electrónicos en el almacén de la
empresa, que puedan ser utilizados para la elaboración del prototipo. Se
recurre a algunas hojas técnicas de diversos componentes electrónicos
68
disponibles en el almacén de repuestos de la empresa Zuliana de Plásticos
C.A., para tener una idea más técnica acerca del funcionamiento e
interacción de estos componentes electrónicos en un prototipo similar.
El sensor que se utilizó es una barrera óptica en horquilla marca
FESTO modelo SOOF-P-FL-ST-C80-P – 553565, ver figura 10. Para las
especificaciones técnicas ver anexo E. Los motores que controlan la apertura
y cierre de las barandas de ajuste son motores paso a paso de 12 voltios y
20 watts de potencia. Para el motor principal, se utilizó un motor DC, modelo
M28N de la marca MITSUMI de 4370 rpm, similar a los que utilizan algunas
impresoras, ver anexo F.
Figura 10. Barrera óptica en horquilla.
Fuente: Festo. (2015).
FASE III: CREAR LA DOCUMENTACIÓN
En esta fase se hace alusión a la documentación que se deja plasmada
en la investigación, lo que da origen al diseño del prototipo, tanto los planos
69
eléctricos como los planos de fabricación de las piezas que componen el
contador automático de vasos, dejando así evidencia concreta que sirva
como base para futuras investigaciones o modificaciones al prototipo, bien
sea por personas ajenas a la investigación, a los usuarios finales a los que
está destinada la propuesta y a los mismos investigadores.
En la gestación del tercer objetivo: “Diseñar un contador automático de
vasos para el control de la calidad de la empresa Zuliana de Plásticos C.A.”
en la realización de la fase en mención, se establecieron condiciones de
operación para el diseño del contador automático, que debe ser un elemento
de fácil movilización, es decir, portable, que no ocupe mucho espacio;
exigencias o sugerencias a las cuales se tuvo acceso mediante la entrevista,
explicados sus resultados en la fase I.
En consecuencia, para la primera actividad “Generación de planos o
dibujos”, se generaron una serie de planos en Autocad, de lo que sería la
estructura del contador automático de vasos, así como también de las
diferentes partes tanto móviles como fijas, para su posterior fabricación, en
concordancia con las ideas de los autores. En la figura 11, se muestra la
estructura interna del contador automático que consta de un tornillo sinfín por
el cual se desplaza la barrera óptica en horquilla, unas varillas fijas que
sirven como guía para que el sensor se mantenga estable durante todo el
recorrido, el motor principal es un motor DC (ver anexo F), y las piezas de
soporte del conjunto móvil o lo que se conoce como las barandas de soporte
para que el estuche se mantenga fijo a la hora de contar los vasos y que el
70
proceso sea lo más preciso posible, todo esto se muestra instalado en una
carcasa de aluminio.
Figura 11. Estructura interna del contador automático.
Fuente: Los autores. (2017).
A continuación se muestra el desglose de las partes y mecanismos que
componen la estructura interna del contador automático de vasos. En la
figura 12 se muestran las piezas que componen la parte externa del
mecanismo que acciona las barandas de centrado y retención del estuche de
vasos.
Figura 12. Parte externa del mecanismo de retención.
Fuente: Los autores. (2017).
71
Asimismo la parte interna del mecanismo de retención se muestra en la
figura 13 de manera detallada, compuesta por dos bases con cremallera para
y un piñón que a través de un eje recibirá el movimiento de un motor paso a
paso que hará el ajuste necesario para cada tipo de producto a contar.
Cuando el usuario seleccione el producto, automáticamente este motor paso
a paso ejecutará una rutina y separará las barandas 1 cm por encima del
tamaño de la boca del vaso, y no se ajustará hasta que un sensor infrarrojo
detecte el producto en la posición correcta para ser contado.
Figura 13. Parte interna del mecanismo de retención.
Fuente: Los autores. (2017).
De igual manera en la figura 14 se muestran el tonillo sinfín, que es por
donde se desliza el sensor con montado en una base (ver figura 15) que
sirve de soporte para el tornillo y para las barras fijas que mantienen estable
al sensor. En la figura también se detalla la base de los extremos del tornillo
sinfín y de las dos barras fijas.
En la parte central de esta base se ubica un rodamiento donde encajan
72
los extremos del tornillo sinfín y que proporciona el giro libre del mismo para
que el sensor pueda moverse libremente. Uno de los extremos del tornillo
sinfín va acoplado a una polea que le transmite el movimiento mediante el
giro del motor principal.
Figura 14. Tornillo sinfín, barras fijas y pieza soporte de ambas.
Fuente: Los autores. (2017).
Figura 15. Base del sensor. Fuente: Los autores. (2017).
En relación a la parte del diseño electrónico, se utilizó el software de
diseño y simulación de circuitos ISIS de PROTEUS DESIGN SUITE, para
73
crear el diagrama esquemático del contador automático de vasos y dando
cumplimiento a la segunda actividad “Documentación Necesaria”, se
utilizaron las hojas técnicas de los componentes que integran el contador
automático de vasos, para estudiar la conexión por los diferentes pines y la
interacción con diversos componentes. Como componente principal se
escogió el microcontrolador PIC 16F877A (ver anexo G) en su versión de 40
pines.
A este respecto en la figura 16, se muestra el diagrama esquemático
general del contador automático de vasos. Por los puertos B y C del
microcontrolador, se controlan los motores pasos a paso que le dan el
movimiento a las barandas de retención elegido una vez el producto a contar.
Estos motores paso a paso, están conectados a unos circuitos integrados
digitales bipolares, que cumplen la función de drive controladores
identificados como KID65003AP del fabricante KEC (Ver anexo H).
Del mismo modo por los pines 6 y 7 del puerto C, configurados como
salida, se controlará el giro del motor principal, dependiendo la rutina que
ejecute, conteo o verificación. Este motor principal será gobernado por unos
relé, y estos a su vez serán activados por unos transistores NPN 2N3904
configurados como interruptores, todo esto a manera de proteger los pines
del microcontrolador de corrientes mayores a las que soporta, y así separar
la parte de control de la parte de potencia. Adicionalmente por el pin 5 del
puerto C, configurado como entrada, se dispone de un sensor infrarrojo para
detectar el producto a contar.
74
Asimismo el puerto D del microcontrolador está destinado para el envío
de datos hacia la pantalla LCD de 16x2. El puerto A por su parte está
configurado como entrada, ya que por este se captan todos los estímulos de
entrada del prototipo.
Figura 16. Diagrama eléctrico del contador automático de vasos.
Fuente: Los autores. (2017).
Por el pin 0 del puerto A se configura un pulsador para las opciones de
menú, para escoger entre los productos a contar. De esta misma forma por el
pin 1 se selecciona el producto mediante la acción de otro pulsador. Mientras
que en los pines 2 y 3 están conectados los sensores de posición final de
carrera de las dos rutinas que ejecuta el prototipo, con la finalidad de
proporcionar un tope de seguridad para los componentes móviles, así como
también la señal de finalización de las mismas.
75
Mientras tanto el pin 4 está configurado para ser la entrada de los
estímulos que envía la barrera óptica en horquilla, siendo este uno de los
componentes medulares del prototipo.
FASE IV: ADAPTCIÓN ENTRE EL HARDWARE Y EL SOFTWARE Al respecto de esta fase y en cumplimiento con el objetivo “Establecer
la lógica de control del contador automático de vasos”, en apoyo con la
primera actividad “Establecimiento de las definiciones de Hardware y
Software”, se especifica como hardware utilizado en este proyecto,
microcontrolador PIC16f877A, pantalla LCD de 16x2, barrera óptica en
horquilla, circuito integrado bipolar KID65003AP y el conjunto de
componentes electrónicos activos y pasivos que integran el esquema del
diseño. El Software está estructurado o confeccionado en lenguaje C, creado
con el programa PIC C COMPILER.
Cabe considerar por otra parte, que para la segunda actividad
“Establecimiento de mecanismos de comunicación entre ambas partes”, que
el microcontrolador como componente medular del prototipo, incorpora su
propio software de control, creado previamente por los autores y que adapta
la funcionalidad de todo el hardware. Sin embargo, para lograr la
comunicación exitosa entre cada uno de los componentes, es menester
utilizar vías de comunicación externas.
Entre estas vías se encuentran las pistas de cobre en la baquelita
donde se manejan en su mayoría niveles de voltaje principalmente de la
76
lógica transistor-transistor. Por lo tanto, a través del software grabado en el
microcontrolador, se ejecutan todas las acciones de salida y se reciben los
estímulos de entrada de todo el prototipo. En el caso de la barrera óptica en
horquilla, los niveles de voltaje que maneja son superiores a los del
microcontrolador, con un rango especificado por el fabricante de 10 a 30
voltios DC, por lo que es necesario reducir el nivel de voltaje mediante un
arreglo de transistor en configuración de interruptor para poder enviar las
señales provenientes de este hacia el microcontrolador.
Toda la interacción del hardware con el software se simuló en el módulo
ISIS de simulación de circuitos electrónicos perteneciente al software
PROTEUS DESIGN SUITE 8.0 mediante el diagrama eléctrico de la figura
16, hasta arrojar los resultados satisfactorios que permitieran avanzar a la
siguiente fase del proyecto.
1.2. PRESENTACIÓN DE LA PROPUESTA FASE V: IMPLEMENTACIÓN DEL HARDWARE Para la realización de esta fase que da cumplimiento en parte al
objetivo “Construir un contador automático de vasos para agilizar los
procesos de control de calidad” en relación a la primera actividad
“Materialización de circuitos”, se dio inicio a la construcción de los circuitos
electrónicos separados en circuito de control y circuito de potencia, utilizando
como recurso el módulo ARES de diseño de placa de circuito impreso o lo
que se conoce como PCB del inglés “Printed Circuit Board” del software
77
PROTEUS DESIGN SUITE 8.0.
Basado nuevamente en el diagrama eléctrico de la figura 16 y las hojas
técnicas de los componentes para conocer los pines de alimentación,
aterrado y consideraciones especiales por parte del fabricante como las
dimensiones de los componentes o la distancia entre pines, se diseñan los
modelos de las placas de circuito impreso mostrados en las figuras 17 y 18
respectivamente.
Figura 17. Diseño de circuito impreso de etapa de control.
Fuente: Los autores. (2017).
En primer lugar los circuitos están alimentados por una fuente de poder
con salidas de 5 y 24 voltios. La placa de control tiene un circuito de
78
protección en la alimentación comandado por un relé (RL3) que a su vez es
activado o desactivado por dos pulsadores, encendido y apagado; dos
diodos led (D5 y D6) indican los estados de alimentación y encendido
respectivamente. Este circuito le proporciona voltaje a los pines 11 y 32 del
microcontrolador, y a su vez a los demás componentes que trabajan con este
nivel de voltaje. Ver figura 19.
Figura 18. Diseño de circuito impreso de etapa de potencia.
Fuente: Los autores. (2017).
Figura 19. Circuito de alimentación.
Fuente: Los autores. (2017).
79
Por otra parte se encuentra el circuito de los estímulos de entrada del
prototipo, como es el caso de la barrera óptica en horquilla, que proporciona
los pulsos al Timer0 del microcontrolador (pin A4), para activar el conteo,
cada vez que un vaso interrumpe el haz de luz que este emite. En la figura
20 se observa lo mencionado anteriormente. En el pin 1 de la barrera óptica
está conectado un transistor PNP (Q3) como interruptor, esto con la finalidad
de hacer llegar un uno (1) lógico al pin del microcontrolador y no los 24v que
maneja la barrera óptica, al momento de cambiar su estado por la
interrupción del haz de luz.
Figura 20. Circuitos de estímulos de entrada.
Fuente: Los autores. (2017).
80
Principalmente en la figura 20, se destaca el pulsador Reset, conectado
en el pin 1 (Master Clear) del microcontrolador que por ley debe estar
conectado para poder hacer un reset total en el programa del
microcontrolador.
De igual manera se observa en la figura 20 el arreglo de pulsadores
(Menú, Selección, Final cuenta y Final verifica), que representan también
estímulos de entrada para el microcontrolador. El pulsador Menú, ejecuta un
comando de interacción entre el operario y el prototipo, este le permite al
usuario escoger el tipo de producto que desea contar. Dicho pulsador está
conectada al pin 0 del puerto A.
Seguidamente se encuentra el pulsador Selección, conectado al pin 1
del puerto A, tiene como función realizar la selección del producto a
contador, indicándole al microcontrolador que ejecute la rutina apropiada. Y
dentro de esa rutina interactúan los finales de carrera de ambas direcciones,
que en el diagrama de la figura 20 están representados por dos pulsadores,
Final cuenta y Final verifica.
En primera instancia el microcontrolador ejecutará los comandos
necesarios para hacer girar el motor principal en sentido horario (pin 6 del
puerto C), cumpliendo con la rutina de cuenta. A medida que el motor gira,
desplaza la barrera óptica a través del tornillo sinfín, hasta que llega a su
recorrido final, es ahí cuando entra en escena el pulsador de final de carrera
indicado en el esquema como Final cuenta. Pulsador que está conectado al
pin 2 del puerto A del microcontrolador.
81
De la misma forma funciona el pulsador final de carrera identificado
como Final verifica en el esquema y que va conectado al pin 3 del puerto A.
Cuando el Final cuenta se activa, envía una señal al microcontrolador para
que ejecute un comando invirtiendo así el sentido del giro del motor principal
(pin 7 del puerto C) para que ejecute la rutina de verificación, donde se
resetea el valor del Timer0, y vuelve a contar la muestra, y es ahí donde
entra en escena el pulsador final de carrera (Final verifica) enviándole una
señal al microcontrolador para que detenga el motor, una vez la barrera
óptica recorra todo el tornillo sinfín.
Es necesario conectar un capacitor en paralelo con una resistencia a
tierra, en la conexión de todos los estímulos de entrada al microcontrolador,
con el fin de proporcionar un cero (0) lógico a los pines a través de la
resistencia cuando el pulsador o el dispositivo que esté conectado no esté
activado y eliminar ruido en las señales a través del capacitor y que las
lecturas del microcontrolador no sean erróneas.
En el mismo orden de ideas, en la figura 21, se muestra la conexión del
último estímulo de entrada, un sensor óptico infrarrojo que dará el permisivo
al microcontrolador para que dé inicio a la secuencia de conteo de vasos. La
función principal de este sensor, es la supervisión de la muestra para que el
prototipo no inicie el proceso en vacío. La configuración del mismo es la de
un transistor como interruptor. El sensor envía un uno (1) lógico cuando no
exista interferencia entre el receptor y el emisor, es decir, el fototransistor
está en saturación, hasta verse interrumpido por la pila de vasos, entrará en
82
estado de corte y enviará un cero (0) lógico al pin 5 del puerto C.
Figura 21. Circuito sensor infrarrojo. Fuente: Los autores. (2017).
Siguiendo la secuencia del programa, se encuentra como orden a los
estímulos de salida, la interacción de los motores paso a paso con el
microcontrolador, los cuales ejecutarán una serie de pasos conforme el
producto a contar, con el fin de ajustar las barandas de retención y que éstas
fijen el estuche de vasos. Tal como se ve en la figura 22, los motores paso a
paso están controlador por los circuitos integrados KID65003AP, que están
conectados a los primeros cuatro pines de los, puertos B y C.
Al finalizar el proceso de conteo, y una vez se muestre el mensaje final
en la pantalla LCD, según sea el caso, los motores paso a paso regresarán
la sucesión de pasos dados para volver a la posición inicial.
83
Figura 22. Motores paso a paso.
Fuente: Los autores. (2017).
En cuando al motor principal, se detalla la conexión en la figura 23, los
estímulos de salida provienen de los pines 6 y 7 del puerto C. Una vez
ejecutada la primera secuencia de los motores paso a paso, el programa
envía un uno (1) lógico por el pin 6 que activa a Q1 configurado como
interruptor y éste energiza la bobina del relé RL1 para hacer girar en sentido
horario el motor principal, identificado en el diagrama de la figura 23 como
M1, hasta cumplir con la sentencia explicada anteriormente de los finales de
carrera. De igual manera funciona la activación del relé RL2 para hacer el
girar el motor en sentido anti horario.
Por su parte, los diodos led conectados en paralelo al motor principal
indican el sentido de giro al momento de encender el motor. Mientras que
los capacitores C9 y C10 conectados a tierra eliminan el ruido producido por
84
el motor, con el fin de eliminar interferencias en la lectura de los pines de
entrada del microcontrolador.
Figura 23. Motor principal.
Fuente: Los autores. (2017).
Siguiendo el orden de ideas, la figura 24, refleja la conexión del display
LCD de 16x2. Se emplea un bus de datos multiplexado de 4 bits, donde se
utilizan los pines D4-D7 del display dejándose D0-D3 “al aire”. La
transferencia de la información se realiza de la siguiente manera: primero los
4 bits más significativos y luego los 4 bits menos significativos. Estos cuatro
pines del display están conectados a los últimos cuatro pines del puerto D (4,
5, 6 y 7). Asimismo, el bus de control del display está formado por tres
señales: RS, R/W y E. La señal E es la de validación de datos y está
conectada al pin 0 del puerto D.
85
La señal R/W permite seleccionar si la operación que se va a realizar
sobre el display es una lectura o escritura. Cuando R/W=1, se realizan
lecturas y en caso contrario, cuando R/W=0 escrituras. Para el fin del
prototipo no es necesaria la lectura del display, este pin está conectado a
tierra. Con RS se selecciona el registro interno del display sobre el que se va
a leer o escribir. El LCD dispone de dos registros internos: Registro de
control y Registro de datos. Ambos registros son de lectura y escritura; con
RS=0 selecciona el registro de control y RS=1 el registro de datos. Este pin
está conectado al pin 1 del puerto D y la selección del registro la elige
automáticamente el código ingresado en el microcontrolador.
Figura 24. Pantalla LCD.
Fuente: Los autores. (2017).
Para el control del contraste del display, se introduce una tensión entre
5 y 0 voltios, es por ello que se conecta un potenciómetro al pin 3 (VEE) del
display. Los pines 1 (VSS) y 2 (VDD), corresponden a la alimentación del
86
display, tierra y 5 voltios respectivamente. En el diagrama de la figura 24, no
se visualiza la conexión de los pines 15 y 16 del display, ya que son
opcionales. Estos pines son para la alimentación de LED de iluminación de la
pantalla. El pin 15 va conectado a la alimentación de 5 voltios por medio de
una resistencia y el pin 16 a tierra.
FASE VI: INTEGRACIÓN DEL HARDWARE CON EL SOFTWARE Para la ejecución de esta fase que da cumplimiento a la segunda parte
del objetivo “Construir un contador de vasos para agilizar los procesos de
control de calidad” y en relación a la segunda actividad “Prueba de
conexiones entre el hardware y el software”, se realiza la conexión de todo el
hardware descrito en la fase anterior en placas de prueba “protoboard” y a
través de un programador de PIC, se graba en el microcontrolador el
software diseñado para el prototipo, y de esta manera comenzar a realizar
pruebas de interacción entre todo el conjunto que conforma el contador
automático de vasos.
Con referencia a lo expuesto anteriormente, en la figura 25 se destacan
los circuitos montados en tres protoboard, la fuente de alimentación utilizada,
con salidas de 5 voltios y 24 voltios, que son los niveles utilizados por los
componentes que integran el prototipo. Se aprecia de igual manera la
estructura del prototipo con el motor principal acoplado al tornillo sinfín por
medio de dos poleas y una correa para transmitir el movimiento a conjunto
de la barrea óptica en horquilla.
87
Figura 25. Integración del hardware con el software.
Fuente: Los autores. (2017).
En el inicio de las pruebas de la integración de los circuitos montados
en los protoboard, surgieron una serie de errores en la lectura de la barrera
óptica en horquilla, debido a la vibración del motor principal y las
interferencias que éste generaba al microcontrolador, la cuenta de los vasos
no correspondía a lo real, por lo que se ve la necesidad de volver al diseño y
agregar a los pines de entrada correspondiente del microcontrolador unos
capacitores conectados a tierra para mitigar estas interferencias, lo que
soluciona totalmente los errores presentados.
FASE VII: CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO DEFINITIVO Y LAS PRUEBAS FINALES Finalmente para lograr la consecución y materialización del prototipo, se
lleva a cabo la última fase para de esta manera consumar el objetivo
“Verificar mediante pruebas el funcionamiento del contador automático de
vasos” en conjunto con la primera actividad “Materialización del dispositivo
final”, apoyándose en lo que sería el resultado final del diseño de las placas
88
de circuito impreso, de control y potencia, tal como se muestra en las figuras
26 y 27 respectivamente.
Figura 26. Diseño de circuito impreso de control por ambas caras.
Fuente: Los autores. (2017).
Figura 27. Diseño de circuito impreso de potencia por ambas caras.
Fuente: Los autores. (2017).
89
Siguiendo el orden, se graban las pistas con la técnica casera por
medio de la impresión del diseño en un papel fotográfico, para luego ser
planchado sobre la cara de bronce de la baquelita de manera que la tinta se
adhiera con el calor a la superficie.
Luego se sumerge en cloruro férrico para eliminar el cobre restante.
Posteriormente se perforan todos los agujeros donde van conectados cada
uno de los componentes y finalmente se sueldan con estaño a la placa,
emulando el resultado de las figuras 26 y 27. Ver figuras 28 y 29.
La separación del circuito en dos impresiones tiene como finalidad la
eliminación del ruido o interferencias que puedan generar los relés que
controlan el cambio de giro del motor principal y de igual manera para
proteger el circuito de control de posibles cortocircuitos o sobre cargas de
corrientes que pueden ocasionar daños irreparables.
Figura 28. Placa de circuito impreso de control por ambas caras.
Fuente: Los autores. (2017).
90
Figura 29. Placa de circuito impreso de potencia por ambas caras.
Fuente: Los autores. (2017). La estructura externa del contador automático de vasos se construyó de
madera y se le colocó un recubrimiento de aluminio para darle mejor
acabado y resistencia. Para el desplazamiento de la barrera óptica en
horquilla, se perforaron dos canales en la parte superior, de manera que solo
sobresalieran las dos puntas de la misma, donde se encuentra en realidad el
transmisor y el receptor, tal como se ve en la figura 30.
Figura 30. Estructura externa del contador.
Fuente: Los autores. (2017).
91
Ahora bien, una vez que los circuitos están materializados en las placas
impresas, se procede al cableado de las dos placas y a la conexión de todos
los dispositivos y componentes que realizan las funciones de estímulos de
entrada y salida del contador automático de vasos (ver figura 31). Paso
seguido se realizan las mediciones pertinentes en los voltajes de
alimentación de todos los circuitos, así como también la puesta a tierra de
los componentes.
Figura 31. Vista desde varios ángulos del prototipo.
Fuente: Los autores. (2017).
Finalmente, con objeto de dar cumplimiento a cabalidad con el último
objetivo, se ejecuta la última actividad, “Verificación del correcto
funcionamiento y evaluación del prototipo definitivo” mediante la realización
de pruebas de funcionamiento del prototipo, incluyendo conteos y verificación
92
de los diferentes productos para los cuales fue diseñado y verificando así
que el mismo cumple con las expectativas. Ver figura 32.
Figura 32. Pruebas finales.
Fuente: Los autores. (2017).
Sin embargo y como resultado de estas pruebas se realizaron mejoras
en el código del microcontrolador con respecto al tiempo de ejecución de las
rutinas, así como también se añadieron retardos para el cambio de giro, a fin
de que el motor principal no se sobrecargara durante el frenado.
