Práctica 7 sensores docx

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Universidad Autonoma de Nuevo Leon
Facultad de Ingeniería Mecanica y Electrica 
Nombre: Raúl Alejandro Puente Fernández
Matricula: 1581121
Hora: Jueves N5
Laboratorio de sensores y actuadores
Practica #7
“Motores de paso”
 (
Práctica
7
)
PREÁMBULO AL TALLER DEAPRENDIZAJE
Asignatura Sensores yActuadores
 (
Motor aPasos.
)
 (
27
)
Universidad Autónoma de NuevoLeón
Facultad de Ingeniería MecánicayEléctrica
Manual de Prácticas para Sensores yActuadores 12345 Av. Universidad s/n • CiudadUniversitaria San Nicolás de los Garza, Nuevo León, C.P.66451 Tel. (81) 8329-4020 • Fax (81)8332-0904
Correo:relacionespublicas@fime.uanl.mx
Tabla de contenido
PREÁMBULO AL TALLER DEAPRENDIZAJE	1
Nombre de la Practica :	4
Objetivo General:	4
Objetivo Particular:	4
Introducción	4
Marco teórico	5
Desarrollo	10
Planteamiento del Problema	12
Desarrollo de la práctica	12
Conexiones del Circuito	22
Resultados	24
Conclusiones	24
Referencias	25
Nombre de la Practica : Motor a Pasos.
Objetivo General: Que el estudiante conozca los conceptos básicos de un motor a pasos, los diferentes tipos que existen, sus parametritos y características de funcionamiento. Así pues el estudiante pueda controla cualquier tipo de motor a pasos.
Objetivo Particular: El estudiante pedirá en el laboratorio el material a utilizar, una vez obtenido realizara las conexiones necesarias en el equipo, sequira las instrucciones que se describen durante el desarrollo y así podrá obtener todas las mediciones, datos y evidencias que se requieren en su reporte de práctica. 
Introducción
“¿Qué diría el ingeniero, una vez hubieras explicado tu problema y enumerado todas las insatisfacciones de tu vida? Probablemente te diría que la vida es una cosa muy difícil y complicada; que ninguna interfaz puede cambiar eso; que cualquiera que crea lo contrario es un imbécil; y que si no te gusta que escojan por ti, deberías empezar a elegir por ti mismo.”
Motores paso a paso.
 El tema de dicha práctica trata de los motores paso a paso. Aquí nos daremos cuenta que a diferencia de los motores de directa, los motores paso a paso conocidos también como steppers solamente giran un Angulo determinado.
Estos motores son ideales para la construcción de mecanismo donde se requieren movimientos muy precisos, una de las características principales de estos motores es que podemos moverlos un paso a la vez, por cada pulso que se le aplique.
 Otra de las características de estos dichos motores es que tienen larga vida, velocidad de respuesta elevado a menos un mini segundo, los motores paso a paso los podemos encontrar en las impresoras, las cajas registradoras, en los relojes eléctricos, controles 4 remotos, máquinas de escribir electrónicas, fotocopiadoras. 
Y un motor paso a paso está constituido por dos partes: un fija llamada estator y una móvil llamada rotor. También mencionaremos que hay motores unipolares y bipolares, donde explicamos las diferencias de dichos motores que una de ellas es que el unipolar tiene un conector central en las bobinas y el bipolar tiene una construcción más sencilla ya que las bobinas están separadas. 
Otra cosa importante de dichos motores es que estos motores se dividen en dos categorías que son la de imán permanente y de reluctancia. Este motor como veremos en la práctica es muy útil tanto como en la vida diaria, ya que su motor se encuentran con aparatos que solemos utilizar a veces.
Figura 1: Motor a Pasos.
Marco teórico
El motor paso a paso es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa que es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus entradas de control. El motor paso a paso se comporta de la misma manera que un conversor digitalanalógico (D/A) y puede ser gobernado por impulsos procedentes de sistemas lógicos. 5 Los motores paso a paso son ideales para la construcción de mecanismos en donde se requieren movimientos muy precisos.
Figura 2: Control de Pulsos
Características: 
La característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un paso a la vez por cada pulso que se le aplique. Este paso puede variar desde 90° hasta pequeños movimientos de tan solo 1.8°, es decir, que se necesitarán 4 pasos en el primer caso (90°) y 200 para el segundo caso (1.8°), para completar un giro completo de 360°. Estos motores poseen la habilidad de poder quedar enclavados en una posición o bien totalmente libres. Si una o más de sus bobinas están energizadas, el motor estará enclavado en la posición correspondiente y por el contrario quedará completamente libre si no circula corriente por ninguna de sus bobinas. 
Existen dos tipos de motores paso a paso de imán permanente:
 Bipolares Estos tienen generalmente, cuatro cables de salida. Necesitan ciertos trucos para ser controlados, debido a que requieren del cambio de dirección del flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento.
Unipolares: Estos motores suelen tener 6 o 5 cables de salida, dependiendo de su conexionado interno. Este tipo se caracteriza por ser más simple de controlar. Las entradas de pueden ser directamente activadas por un microcontrol ador. A continuación los diagramas de las diferentes conexiones:
Figura 3: Tipo de Conexiones
Como se controlan ? 
Bipolar 
Estos motores necesitan la inversión de la corriente que circula en sus bobinas en una secuencia determinada. Cada inversión de la polaridad provoca el movimiento del eje en un paso, cuyo sentido de giro está determinado por la secuencia seguida. 
Tabla con la secuencia necesaria para controlar los motores paso a paso:
	PASO 
	TERMINALES
	
	A
	B
	C
	D
	1
	+V
	-V
	V+
	-V
	2
	+V
	-V
	V-
	+V
	3
	-V
	+V
	-V
	+V
	4
	-V
	+V
	+V
	-V
Tabla 1: Secuencia de motor Bipolar
Unipolar 
Existen tres secuencias posibles para este tipo de motores, las cuales se detallan a continuación. Todas las secuencias comienzan nuevamente por el paso 1 una vez alcanzado el paso final (4 u 8). Para revertir el sentido de giro, simplemente se deben ejecutar las secuencias en modo inverso.
Secuencia del tipo wave drive (fase simple):
En esta secuencia se activa una bobina a la vez. en algunos motor esto brinda un funcionamiento mas suave. La desventaja es que al esta solo una bobina activada, el torque de paso y de retención es menor. Este modo solo será usado donde el desempeño de par y velocidad no sean importantes, por ejemplo donde el motor sea operado a una velocidad fija y con condiciones de carga bien definidas. 
Este modo es el que requiera cantidad de potencia de la fuente de poder que cualquier otro de los dos modos de operación. Problemas con la resonancia pueden evitar la operación a algunas velocidades.
Tabla 2: Secuencia Fase Simple
Secuencia Normal ( Doble Fase): 
Esta esa secuencia más usada y la que generalmente recomienda el fabricante. Con esta secuencia el motor avanza un paso por vez y debió a que siempre hay al menos dos bobinas actividades, se obtiene un alto torque de paso y de retención. este modo proporciona buen desempeño de par y de velocidad con un mínimo de problemas de resonancia. La excitación dual, proporciona aproximadamente 30 o 40% mas par que el de excitación simple, pero demanda el doble de potencia de la fuente de poder.
Tabla 3: Secuencia de Doble Fase
Secuencia del tipo medio paso: 
En esta secuencia se activan las bobinas de tal forma que brindan un movimiento igual a la mitad del paso real, para ello se activen 2 bobinas y luego solo 1 y asi sucesivamente. como vemos en la tabla la secuencia completa consta de 8 movimientos en lugar de 4. 
este modo proporciona el doble de resolución. Aunque el par de salida del motor varia alternadamente en cada paso, es casi libre de problemas de resonancia. Los motores pueden ser operadores dentro de un amplio rango de velocidades y usados para manejar casi cualquier carga comúnmenteencontrada. 
Tabla 4: Secuencia de medio paso 
Desarrollo
El microprocesador a utilizar será el Arduino UNO ya que LabView cuenta con un toolkit con librerías específicas para este tipo de microcontroladores para todo tipo de sensores, señales de entrada y salida. 
El servomotor a controlar es uno que se tenía de otros proyectos realizados el cual tiene un giro de 180 grados consta de su entradas de alimentación así como la de señal PWM que indicara que posición es la que debe tener .
 (
Figura 4: Arduino
)
Software: 
El software a utilizar el LabView 2013 que es el que se ha estado manejando hasta el momento para tener un mejor control del microcontrolador debido a sus librerías específicas. El lenguaje que utiliza LabView 2013 es del tipo G (graphics) y la manera en que se programa es mediante diagramas de bloques lo cual expresa de una mejor manera el desarrollo del proyecto.
Figura 5: Software elegido,LAbview 2013.
Para desarrollar el código de una manera de la cual se pudiera generar el proyecto se utilizó el toolkit de LINX mismo que se puede conseguir en la página de National Instruments. El toolkit LINX básicamente es una programación dinámica del microcontrolador a través de una computadora.
	BLOQUE
	Acción
	
	Permite iniciar la compilación del programa de 
Arduino
	
	En este bloque se escribe una señal Digital a los pines del arduino.
	
	Con este bloque se cierra lel programa
Tabla Numero 5: Bloques de LINX Utilizados en la practica.
Planteamiento del Problema
Es necesario conocer el funcionamiento de un motor a pasos, para esto ya se habrán tomado en cuenta los parámetros del motor. En ésta práctica se identificará cuantos cables, bobinas y comunes tiene el motor, una vez conociendo esto se procederá a medir las resistencias para identificar las bobinas y con esto controlar el giro del motor al cambiar polarizaciones.
Desarrollo de la práctica
1. Utilizar un óhmetro para identificar cada una de las bobinas del motor.
Procedimiento:
Lo que se utilizara en esta parte de la practica es un óhmetro y un motor a pasos y sea unipolar o bipolar.
NOTA: 
· Un motor de paso con 5 cables es casi seguro de 4 fase y unipolar.
· Un motor de paso con 6 cables también puede ser de 4 fases y unipolar, pero con 2 cables comunes para alimentación. Pueden ser del mismo color.
· un motor de pasos con solo 4 cables es comúnmente Bipolar.
Figura 6: Motores y Multimetro.
Motor Unipolar 
Un motor de seis hilos tiene un par de hilos por cada bobinado como el motor de cuatro hilos, pero también tienen una derivación central para cada bobinado. Se puede hilar como unipolar o bipolar. Usa un Óhmetro para dividir los hilos en grupos de 3 hilos y haz que tengan continuidad entre sí. 
Figura 7: Prueba de Terminales (motor Unipolar).
Luego identifica la derivación central. La resistencia de la derivación central a uno de los alambres de lazo es la mitad de la resistencia entre cada de ellos.
Figura 8: Prueba de Terminales (motor Unipolar).
Usa los seis hilos para conectador a una unidad unipolar. Para una bipolar, solo usa un alambre de lazo y la derivación central para cada bobinado. También puedes usar el bobinado completo en un modo bipolar a la medida de la corriente establecida pero velocidad reducirá el par de alta velocidad porque tiene cuatro veces la inductancia de la mitad de la configuración de bobinado.
Figura 9: Prueba de Terminales (motor Unipolar).
Bipolar 
Si tu motor tiene cuatro hilos solo se puede usar con una unidad bipolar. Cada uno de las dos fases del hilado tiene un par de hilos. Usa el medidor para identificar los pares de cables con continuidad entre ellos y conéctalos en tu motor a pasos.
Figura 10: Prueba de Terminales (motor Bipolar).
· Hacer una tabla con las resistencias obtenidas.
2.Identificar la secuencia del motor. En el caso de un motor Unipolar ,los ánodoscomunes se conectan a la fuente positiva, y con la fuente negativa se prueba terminal, esto hace que el rotor gire hacia un sentido. 
En el caso de ser un motor bipolar sea realiza el mismo procedimiento, peor en este caso se ponen las terminales en el lado negativo de la fuente. y se prueba una de las terminales en el lado positivo, haciendo que gire a un sentido. 
· Anotar la secuencia para que el motor gire en la manecillas del Reloj.
3.Montar y armar un circuito en un tableta de pruebas y realizar un programa que demuestre la secuencia obtenida el ejercicio anterior.
· Realzar el siguiente Programa en LabView y comprobar secuencia obtenida en el paso anterior.
Procedimiento: 
1. Abrir un nuevo Proyecto en LabView.
Figura 11
2. Insertar los bloques de comienzo y fin de las librerías de LINX.
Figura 12
3.Realizar secuencia para controlar el motor a pasos.
En la siguiente figura comenzamos a escribir la secuencia de control a nuestro diagrama de bloques para que este lo escriba en el arduino y pueda conectarse al motor a pasos. Primero insertaremos bloques de escritura digital para escribir los valores de la secuencia a los pines del Arduimo. 
Figura 13
Con esto realizamos nuestro primer valor de la secuencia, para los de mas valores copiaremos estos elementos cuatro veces, pero les valores que cumplan con la secuencia de control necesaria para mover el motor a pasos. 
4. Se agrega el control de velocidad. 
Para esto usaremos un selector, del cual crearemos variables locales en cada una de las secuencias para poder utilizar los valores en la secuencia. 
Figura 14
Estas variables creadas las conectaremos a un timer para crear un "delays" y asi poder reducir la velocidad de nuestro motor. 
5.Insrtar un Botón de Inicio y paro.
Para esto abriremos el menú de "boléanos" e insertaremos en nuestra interface grafica los dos botones que se muestran en la imagen. 
Figura 15
Para iniciar la secuencia meternos la estructura de secuencia plana en un estructura case, la cual conectaremos a el botón de Start, en el caso del Botón de paro, se unirá con el botón condicional de la estructura del ciclo loop.
Figura 16
De esta manera podremos iniciar y detener el movimiento de motor cuando se desee.
6.Añadir el control del sentido de giro del motor.
Para esto realizaremos algo muy parecido al paso anterior, solo que en este caso no utilizaremos un botón si no que utilizaremos un herramienta booleana llamada "radio Group".
Que es básicamente un selector, que combinaremos con una estructura CASE en donde insertaremos la estructura case que realizamos anteriormente.
Figura 17
Figura 18
Figura 19
AL conectar el "Radio Group" a la estructura CASE en la parte del medio superior aparecerá estas opciones al seleccionar el recuadro del centro, la opción que esta palomeada es la rutina que realizara dependiendo la opción que este seleccionada en el "radio Group", Al seleccionar la opción numero dos el espacio en donde estaba el diagrama que habíamos echo desaparecerá, en este espacio volveremos a pegar la Estructura plana de secuencia, es el espacio en donde tenemos nuestras secuencias. Esta vez cambiaremos los valores de la secuencia inversamente para que así poder cambiar el sentido de giro del motor.
Primer Secuencia:
Figura 20
Segunda Secuancia.
Figura 21
7.Se obtiene el Diagrama Final:
Figura 22
Figura 23: interface grafica final
Conexiones del Circuito
Para este practica se utilizo un sencillo circuito de un puente h conectado al micro-controlador Arduino.
Figura 24: Esquema de conexiones. 
Figura 25: Diagrama de Conexiones .
Por último se realizo un diseño de un placa PCB, se muestra a continuación, en la figura 26: 
Figura 26: Placa del Circuito.
Resultados
Figura 27: Ejemplo de Tabla de resitencias.
Figura 28: Ejemplo de tabla de Secuencia
RESULTADOS:
Conclusiones
Utilizar las distintas bobinas del motor nos mostró los distintos funcionamientos en donde los podemos usar ya que muy factible a la hora de seleccionar un torque preciso además la tecnología utilizada como elLabView y la programación nos facilitaron el uso de esta práctica ya que contienen una gran versatilidad a la hora de trabajar con ellos.
Bibliografía
Grupo de Tecnología Electrónica. (s/f). Tutorial de LabVIEW. Recuperado el 19 de Febrero de 2014 de: http://www.gte.us.es/ASIGN/IE_4T/Tutorial%20de%20Labview.pdf
 Noble, Joshua (15 de julio de 2009). Programming Interactivity: A Designer's Guide to Processing, Arduino, and openFramework (1ª edición). O'Reilly Media. p. 768.
 Banzi, Massimo (24 de marzo de 2009). Getting Started with Arduino (1ª edición). Make Books. p. 128.
Anexo