TFM-Nikolas Berraondo Imedio

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TRABAJO FINAL DE MÁSTER 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
APELLIDOS: Berraondo Imedio NOMBRE: Nikolas 
 
TITULACIÓN: Máster en Sistemas Automatizados y Electrónica Industrial 
 
PLAN: 2021 
 
DIRECTOR: Ramos Lara, Rafael Ramon 
 
DEPARTAMENTO: Departamento de Ingeniería Electrónica 
 
 
TÍTULO: Proyecto de mejora del control de posición del mecanismo de embrague de la 
cerradura electrónica DNLK en base a motores BLDC 
 
 
AUTORES: Berraondo Imedio, Nikolas 
 
 
 
FECHA DE PRESENTACIÓN: Febrero, 2023 
 
 
 
 
CALIFICACIÓN DEL TFE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 FECHA DE LECTURA: 09/02/2023 
 
 
Este proyecto tiene en cuenta aspectos medioambientales:  Sí  No 
 
 
 TRIBUNAL 
 
 
 
 
PRESIDENT 
 
LLANAS PARRA, 
FRANCESC XAVIER 
SECRETARI 
 
LOPEZ GARCIA, 
MARIANO 
VOCAL 
 
MONGO MUR, 
LLUÍS 
 
 AGRADECIMIENTOS 
 
 - i - 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
Quiero agradecer a todos las personas que me han ayudado a realizar este proyecto, tanto colaborando 
en él como dándome ánimos. 
 
Ante todo, quisiera expresar mi más sincero agradecimiento a mi tutor de prácticas, Javier Lecaroz 
Amunarriz, por dedicarme su tiempo y ayuda para desarrollar este proyecto. 
Quisiera agradecer también a Iñaki Nagore, del departamento de electrónica por la ayuda y apoyo que me 
ha ofrecido a lo largo de estos meses. 
 
Desearía también agradecer a todo el departamento de I+D Mecánica de Salto SYSTEMS por enseñarme, 
instruirme, acompañarme y hacer mi estancia aquí lo más amena posible. Gracias África, Miguel, Petri, 
Sergio, Ricardo, Lecaroz, Gorka, Fermín, Ander, Igarza, Ana, Ibón, Julen, Cristina, Irati y Libe por 
dejarme formar parte de este maravilloso grupo. Aunque sea un electroNIKO. Y cómo no estar agradecido 
a la empresa Salto SYSTEMS por haberme dado esta oportunidad. 
 
Mi agradecimiento final, y no por ello menos importante, a mi familia, en particular a mi padre y a mi 
madre, Iñaki y Elena por su apoyo incondicional y por su compresión y paciencia, y a mi hermana, Marta, 
a mi cuñado, Jesús, y a mis sobrinas, Celia y Lucía, por todo el amor que me dan. Muchas gracias también 
a todos aquellos que no he mencionado, en especial a mis amigos y a mí entrenador, que hasta en los días 
más grises me han sacado una sonrisa. Gracias a todos de corazón. 
 RESUMEN 
 
 - ii - 
RESUMEN 
 
 
El presente Trabajo de Fin de Máster muestra un análisis detallado del estudio y 
proceso de desarrollo del proyecto de mejora del motor y control de la cerradura DNLK en 
base a motores BLDC. El objetivo principal de este proyecto es el de sustituir el motor 
actual de la DNLK por un motor BLDC y controlarlo. Para desarrollar este proyecto, en 
primer lugar, se estudian la cerradura DNLK y los motores BLDC (funcionamiento, 
control, mercado…). Posteriormente, se ha creado, por un lado, el algoritmo del programa 
adecuado para la gestión del proyecto y, por otro, el programa firmware que gestiona el 
control de motor. 
 
En este estudio también se han desarrollado 3 maquetas con 3 motores BLDC 
distintos, que son capaces de moverse en base al tiempo o al ángulo de giro. 
 
 
 
BLDC Control Cerradura DNLK Algoritmo de test 
Programa firmware Maquetas Ángulo Tiempo 
Estudio Mercado 
 
 ABSTRACT 
 
 - iii - 
ABSTRACT 
 
 
 This Final Master Project shows a detailed analysis of the of the study and 
development process of the DNLK Smart Lock motor drive. The main objective of this 
project is to replace the actual DNLK motor with a BLDC motor. To complete this purpose, 
firstly, the DNLK smart lock and the BLDC motors have been studied. Subsequently, the 
appropriate program for project management has been created, on the one hand, and the 
firmware program, which manages the engine control, on the other hand. 
 
 In this study, 3 models with 3 different BLDC motors have also been developed, 
which are capable of moving based on time or the angle of rotation. 
 
Keywords (10 maximum): 
Final Master Project DNLK Smart Lock BLDC motors Program algorithm 
Program firmware Models Angle Time 
Motor drive Analysis 
 
 ÍNDICE DE CONTENIDO 
 
 - iv - 
ÍNDICE DE CONTENIDO 
 
AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................................. i 
RESUMEN ................................................................................................................................................... ii 
ABSTRACT ................................................................................................................................................iii 
ÍNDICE DE CONTENIDO ......................................................................................................................... iv 
ÍNDICE DE ANEXOS ................................................................................................................................ vi 
ÍNDICE DE FIGURAS .............................................................................................................................. vii 
ÍNDICE DE TABLAS .................................................................................................................................. x 
ÍNDICE DE DIAGRAMAS ........................................................................................................................ xi 
GLOSARIO ................................................................................................................................................ xii 
1 INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 13 
1.1 Problemática ............................................................................................................................. 14 
1.2 Control de accesos .................................................................................................................... 16 
2 OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 19 
2.1 Planificación del proyecto ......................................................................................................... 19 
2.2 Pliego de condiciones ............................................................................................................... 20 
2.2.1 Pliego de condiciones generales ........................................................................................... 20 
2.2.2 Pliego de condiciones técnicas particulares .......................................................................... 21 
3 ESTADO DEL ARTE ........................................................................................................................ 23 
3.1 Industria 4.0 .............................................................................................................................. 23 
3.2 Lean Production ........................................................................................................................ 24 
3.3 Eco-innovación ......................................................................................................................... 24 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado .......................................................................................... 27 
4.1 Cerradura DNLK ...................................................................................................................... 27 
4.2 Funcionamiento de la DNLK .................................................................................................... 31 
4.3 Revisión de la DNLK ................................................................................................................ 31 
4.4 Motores Eléctricos (MCC) ........................................................................................................33 
4.5 Motor DC con escobillas (BDC) ............................................................................................... 37 
4.6 Motor DC sin escobillas (BLDC) ............................................................................................. 43 
4.7 Motor BDC vs BLDC ............................................................................................................... 59 
4.8 Estudio del mercado .................................................................................................................. 60 
 ÍNDICE DE CONTENIDO 
 
 - v - 
4.9 Electrónica de control ............................................................................................................... 65 
5 ETAPA 2. Desarrollo de las maquetas y desarrollo del firmware ...................................................... 71 
5.1 Diseño ....................................................................................................................................... 71 
5.2 Algoritmo de test....................................................................................................................... 73 
5.3 Programación del firmware ....................................................................................................... 78 
6 ETAPA 3. Pruebas y puesta en marcha .............................................................................................. 87 
6.1 Fuerza contraelectromotriz inducida vs tensión generada ........................................................ 87 
7 ETAPA 4. Método Sensorless ............................................................................................................ 97 
7.1 Método Sensorless. Fuerza contraelectromotriz inducida ......................................................... 97 
8 RESULTADOS ................................................................................................................................ 103 
9 MEMORIA ECONÓMICA .............................................................................................................. 105 
10 CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS ................................................................................ 107 
11 VALORACIÓN PERSONAL DEL TFM ................................................................................... 109 
11.1 Valoración de las tareas desarrolladas y los conocimientos y competencias adquiridos en 
relación con los estudios universitarios ................................................................................................ 109 
11.2 Identificación de las aportaciones que, en materia de aprendizaje, ha supuesto el TFM ........ 109 
12 BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................................... 111 
13 ANEXOS ..................................................................................................................................... 113 
 
 
 ÍNDICE DE ANEXOS 
 
 - vi - 
ÍNDICE DE ANEXOS 
 
ANEXO 1. Diseño de maquetas .............................................................................................................. 113 
ANEXO 2. P-NUCLEO-WB55 pinout .................................................................................................. 114 
ANEXO 3. Placa de evaluación EV6543B-L-01A ................................................................................ 115 
ANEXO 4. Conexionado ......................................................................................................................... 116 
ANEXO 5. Fotos de las maquetas ........................................................................................................... 118 
ANEXO 6. Sistema mototorreductor ....................................................................................................... 120 
ANEXO 7. Especificaciones motor Faulhaber ....................................................................................... 121 
ANEXO 8. Especificaciones motor Portescap ........................................................................................ 122 
ANEXO 9. Especificaciones motor Constar ........................................................................................... 123 
ANEXO 10. Terminal de comunicación PC – microcontrolador ....................................................... 124 
ANEXO 11. Diagrama de Gantt propuesto vs real ................................................................................. 125 
 
 
 
 
 
 
 ÍNDICE DE FIGURAS 
 
 - vii - 
ÍNDICE DE FIGURAS 
 
Figura 1. Control de accesos ...................................................................................................................... 17 
Figura 2. Diagrama de Gantt ...................................................................................................................... 20 
Figura 3. Industria 4.0 ................................................................................................................................ 23 
Figura 4. Lean Production .......................................................................................................................... 24 
Figura 5. Eco-innovación ........................................................................................................................... 25 
Figura 6. Cerradura DNLK ......................................................................................................................... 27 
Figura 7. Aplicación móvil de la Danalock ................................................................................................ 28 
Figura 8. Diseño cerradura DNLK ............................................................................................................. 28 
Figura 9. Engranajes sistema motorreducotr .............................................................................................. 29 
Figura 10. Motor MITSUMI M22E-13 ...................................................................................................... 29 
Figura 11. Alojamiento de las pilas para la cerradura DNLK .................................................................... 30 
Figura 12. Placa PCBA de la cerradura DNLK .......................................................................................... 30 
Figura 13. Funcionamiento de la cerradura DNLK .................................................................................... 31 
Figura 14. Tapa baterías DNLK ................................................................................................................. 32 
Figura 15. Diagrama de motores eléctricos ................................................................................................ 33 
Figura 16. Fuerza eléctrica ......................................................................................................................... 33 
Figura 17. Fuerza electromagnética ............................................................................................................ 34 
Figura 18. Fuerza de Lorentz en material conductor .................................................................................. 35 
Figura 19: Fuerza de Lorentz en circuito cerrado ....................................................................................... 35 
Figura 20. Fuerza electromagnética en circuito cerrado ............................................................................. 36 
Figura 21. Fuerza electromagnética equilibrada ......................................................................................... 36 
Figura 22. Fuerza electromotriz generada por el cambio en el flujo magnético ......................................... 37 
Figura 23. Construcción motor BDC .......................................................................................................... 38 
Figura 24. Estator BDC ..............................................................................................................................38 
Figura 25. Rotor BDC ................................................................................................................................ 38 
Figura 26. Escobillas BDC ......................................................................................................................... 39 
Figura 27. BDC estado 1 ............................................................................................................................ 39 
Figura 28. BDC estado 2 ........................................................................................................................... 40 
Figura 29. BDC estado 3 ............................................................................................................................ 40 
Figura 30. Puente en H ............................................................................................................................... 41 
Figura 31. Curva de características carga-velocidad vs corriente ............................................................... 42 
Figura 32. Circuito simplificado de la cerradura DNLK ............................................................................ 42 
Figura 33. Estator motor BLDC ................................................................................................................. 44 
Figura 34. Imanes del rotor motor BLDC .................................................................................................. 44 
Figura 35. Estructura de un motor BLDC .................................................................................................. 44 
Figura 36. Funcionamiento motor BLDC ................................................................................................... 45 
Figura 37. Forma de onda control trapezoidal ............................................................................................ 46 
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 ÍNDICE DE FIGURAS 
 
 - viii - 
Figura 38. Pasos 1-2 control trapezoidal .................................................................................................... 47 
Figura 39. Pasos 3-4 control trapezoidal .................................................................................................... 47 
Figura 40. Pasos 5-6 control trapezoidal .................................................................................................... 48 
Figura 41. Control conmutación trapezoidal .............................................................................................. 48 
Figura 42. Corrientes del motor con el control sinusoidal .......................................................................... 49 
Figura 43. Control conmutación sinusoidal ................................................................................................ 49 
Figura 44. Par motor vs Velocidad de rotación control sinusoidal ............................................................. 50 
Figura 45. Transformaciones del control vectorial ..................................................................................... 51 
Figura 46. Transformada de Clarke ............................................................................................................ 51 
Figura 47. Transformada de Park .............................................................................................................. 52 
Figura 48. Control conmutación vectorial .................................................................................................. 52 
Figura 49. Sensores de efecto Hall en motor BLDC .................................................................................. 54 
Figura 50. Señales sensores Hall ................................................................................................................ 54 
Figura 51. Encoder magnético .................................................................................................................... 55 
Figura 52. Circuito de sensado de f.c.e.m................................................................................................... 56 
Figura 53. Circuito motor BLDC simplificado + medición de corriente (Rshunt) ..................................... 58 
Figura 54. Diagrama de bloque genérico maqueta ..................................................................................... 71 
Figura 55. Estructura del firmware ............................................................................................................. 78 
Figura 56. Programa firmware. main() ....................................................................................................... 80 
Figura 57. Programa firmware. Inicialización de periféricos ..................................................................... 81 
Figura 58. Programa firmware. USART1_IRQHandler() .......................................................................... 82 
Figura 59. Estructura mensaje USART ...................................................................................................... 82 
Figura 60. Programa firmware. Puesta en marcha. ..................................................................................... 83 
Figura 61. Programa firmware. MotorDrive() ............................................................................................ 84 
Figura 62. Programa firmware. Monitorización de la posición .................................................................. 84 
Figura 63. Programa firmware. Monitorización del tiempo ....................................................................... 84 
Figura 64. Programa firmware. Parada del motor ...................................................................................... 85 
Figura 65. Diagrama de bloque funcional del driver MP6543B ................................................................. 87 
Figura 66. Tensiones generadas en las fases del motor Faulhaber ............................................................. 88 
Figura 67. Tensiones generadas en las fases del motor Portescap .............................................................. 89 
Figura 68. Tensiones generadas en las fases del motor Constar ................................................................. 89 
Figura 69. Maqueta 1. inducida vs (generada & hall) ................................................................................ 90 
Figura 70. Maqueta 2. inducida vs (generada & hall) ................................................................................ 91 
Figura 71. Corrección de la desviación del motor ...................................................................................... 95 
Figura 72. Señal de salida de sensor Hall enfrentada a señal de la f.c.e.m ................................................. 97 
Figura 73. Circuitos externos para la medición de f.c.e.m ......................................................................... 98 
Figura 74. Diagrama circuito medición f.c.e.m .......................................................................................... 99 
Figura 75. Corriente inducida ..................................................................................................................... 99 
Figura 76. Detección de cambio en el inducido ....................................................................................... 100 
Figura 77. Alineamiento ........................................................................................................................... 101 
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file:///C:/Users/n.berraondo/Desktop/TFM-Nikolas%20Berraondo%20Imedio.docx%23_Toc126098974
 ÍNDICE DE FIGURAS- ix - 
Figura 78. Alineamiento lento .................................................................................................................. 101 
Figura 79. Saturación del bobinado .......................................................................................................... 102 
 
 
 
file:///C:/Users/n.berraondo/Desktop/TFM-Nikolas%20Berraondo%20Imedio.docx%23_Toc126098979
 ÍNDICE DE TABLAS 
 
 - x - 
ÍNDICE DE TABLAS 
 
Tabla 1. Características sistema motorreductor .......................................................................................... 28 
Tabla 2. Conmutación puente en H ............................................................................................................ 41 
Tabla 3. Tabla de características motor DNLK .......................................................................................... 41 
Tabla 4. Comparativa de estrategias de control de velocidad motores BLDC ........................................... 53 
Tabla 5. Tabla de verdades ......................................................................................................................... 54 
Tabla 6. Ventajas Motores BDC vs BLDC ................................................................................................ 60 
Tabla 7. Características motor 2040ZWN .................................................................................................. 61 
Tabla 8. Características motor Constar BO2015NB2B .............................................................................. 62 
Tabla 9. Características motor Maxon 283838 ........................................................................................... 62 
Tabla 10. Características motor Portescap 20ECF ..................................................................................... 63 
Tabla 11. Características motor Faulhaber 2232S006BX4......................................................................... 63 
Tabla 12. Características motores BLDC ................................................................................................... 64 
Tabla 13. Características drivers MPS ....................................................................................................... 66 
Tabla 14. Características drivers Texas Instruments .................................................................................. 68 
Tabla 15. Características driver STMicroelectronics ................................................................................. 69 
Tabla 16. Sistema motorreductor................................................................................................................ 72 
Tabla 17. Características mecánicas nominales de las maquetas ............................................................... 72 
Tabla 18. Error de giro motor Constar ....................................................................................................... 93 
Tabla 19. Error de giro motor Portescap .................................................................................................... 93 
Tabla 20. Error de giro motor Faulhaber .................................................................................................... 94 
Tabla 21. Resultados de la corrección del error de giro del motor Constar ................................................ 95 
Tabla 22. Resultados de la corrección del error de giro del motor Portescap ............................................. 96 
Tabla 23. Resultados de la corrección del error de giro del motor Faulhaber ............................................ 96 
Tabla 24. Tareas del proyecto .................................................................................................................. 103 
Tabla 25. Gastos materiales maqueta 1 .................................................................................................... 105 
Tabla 26. Gastos materiales maqueta 2 .................................................................................................... 105 
Tabla 27. Gastos materiales maqueta 3 .................................................................................................... 105 
Tabla 28. V3 vs V4 ................................................................................................................................... 105 
 
 
 ÍNDICE DE DIAGRAMAS 
 
 - xi - 
ÍNDICE DE DIAGRAMAS 
 
Diagrama 1. Algoritmo de control de motor BLDC ................................................................................... 73 
Diagrama 2. Algoritmo de test. Inicialización del micro ............................................................................ 74 
Diagrama 3. Algoritmo de test. Recepción de datos................................................................................... 75 
Diagrama 4. Algoritmo de test. Puesta en marcha del motor ..................................................................... 76 
Diagrama 5. Algoritmo de test. Monitorización de la posición .................................................................. 77 
Diagrama 6. Algoritmo de test. Monitorización de tiempo ........................................................................ 77 
Diagrama 7. Algoritmo de test. Parada del motor ...................................................................................... 78 
Diagrama 8. Periféricos .............................................................................................................................. 79 
 
 
 GLOSARIO 
 
 - xii - 
GLOSARIO 
 
 
API: Interfaz de Programación de Aplicaciones, permite la comunicación entre dos aplicaciones a través 
de un conjunto de reglas. 
 
BDC: Brushed DC, motores DC con escobillas. 
 
BLDC: Brushless DC, motores DC sin escobillas. 
 
DQ: Direct-Quadrature. Es un espacio de referencia ortogonal y rotacional que tiene 2 componentes que 
se conocen como directa y de cuadratura. 
 
DNLK: Danalock, cerradura electrónica que fabrica la empresa SALTO Systems. 
 
FOC: Field Oriented Control o control de campo vectorial. Es un método de control de los motores BLDC. 
 
Motor Drivers: Circuito que se ocupa de controlar un motor. 
 
MOSFET: Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect Transistor, semiconductor utilizado para amplificar 
o conmutar señales electrónicas. 
 
PCBA: Printed Circuit Board Assembly o ensamblaje de placa de circuito impreso. Son placas compuestas 
por caminos, pistas o buses de material conductor laminadas sobre una base no conductora. 
 
PI: (control) proporcional integral. La abreviatura PI en la electrónica de control hace referencia a un 
mecanismo de control. 
 
PWM: Pulse Width Modulation o modulación por ancho de pulso; es una técnica que modifica el ciclo de 
trabajo de una señal periódica. 
 
Sensorless: A lo largo de este proyecto se utilizará este término inglés para hablar de técnicas de control 
sin sensores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 INTRODUCCIÓN 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 13 - 
1 INTRODUCCIÓN 
 
SALTO es una empresa que se fundó a inicios de 2001, con el objetivo de crear un sistema de control 
de accesos que fuera eficiente, fácil de usar y que ofreciera a los usuarios asegurar todas sus puertas sin 
dificultades y con un coste no elevado. 
Hoy por hoy, SALTO es una empresa reconocida a nivel mundial gracias a sus innovaciones, que han 
revolucionado el mundo del control de accesos a lo largo y ancho del mundo, allí donde la seguridad es 
primordial, ya sea en aeropuertos, hospitales o estadios de fútbol. Es por esto que a SALTO se le considera 
una empresa innovadora y puntera en el sector del control de acceso. 
Anualmente SALTO produce cientos y cientos de unidades de cerraduras de diferentes modelos. Para 
sacarlas al mercado, es necesario que pasen una rigurosa prueba donde se controlan características tales 
como el consumo, los movimientos mecánicosy la vida útil del motor que se encuentra en la cerradura. 
Este último aspecto en concreto es uno de los más complejos de solventar; en algunos casos requiere del 
cambio del modelo de motor y en otros, del cambio del tipo de motor. Así ocurre con la cerradura DNLK, 
cuyo motor no es capaz de completar la cantidad mínima de ciclos que estipula la normativa vigente. 
 
La tarea de encontrar una solución al problema anteriormente planteado ha sido el tema de mi trabajo 
de fin de estudios (TFE) del Máster de Sistemas Automatizados y Electrónica Industrial en la Universidad 
Politécnica Catalana. 
 
1 INTRODUCCIÓN 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 14 - 
1.1 Problemática 
 
El problema que aborda este proyecto es el de sustituir el actual mecanismo, basado en un motor de 
Corriente Continua con escobillas que lleva implementando la cerradura DNLK, por uno sin escobillas que 
incorpore su electrónica de control correspondiente. 
 
La actual cerradura motorizada DNLK, una vez aceptada la credencial móvil del usuario, mueve 
todo el mecanismo de la cerradura de embutir: retira la palanca y mantiene el picaporte apartado un tiempo 
previamente programado. Tras detectar la apertura y posterior cierre de la puerta, la cerradura mueve el 
mecanismo en sentido contrario para dejar la puerta asegurada. 
 
Para poder mover el mecanismo de la cerradura de embutir tal y como se ha descrito previamente, 
es necesario diseñar un sistema motorreductor muy eficiente, de tamaño reducido y con capacidad de dar 
suficiente par. 
 
En el actual diseño de la cerradura se han detectado 3 carencias que perjudican la fiabilidad de la 
cerradura: 
 
1. Conmutación mecánica. El principal problema de los motores con escobillas es la 
conmutación mecánica. Esta conmutación consiste en inducir una corriente en un sentido 
u otro mediante el contacto de las escobillas del rotor con el colector del motor. La 
conmutación mecánica produce un desgaste en las escobillas del motor [ANEXO: 
escobillas], acortando considerablemente la vida útil de este. 
 
2. Número de ciclos de funcionamiento. En relación con el problema anterior, los 
motores que van incorporados en las cerraduras DNLK no son capaces de completar el 
número mínimo de ciclos que exige la normativa. Esta es la causa de que la cerradura 
carezca del certificado que garantiza que el dispositivo tiene una cantidad de ciclos de vida 
alta y, por lo tanto, carece de fiabilidad. 
 
3. Precisión del control de la posición angular del eje. El desconocimiento de la posición 
del rotor del motor es el tercer y último problema. No existe forma alguna de saber la 
posición si no es con un encoder mecánico. A la hora de desembragar, por ejemplo, el 
desembrague se realiza durante un tiempo programado. Esta estrategia de desembrague 
pierde fiabilidad a medida que pasan los ciclos, ya que la velocidad a la que actúa el motor 
disminuye progresivamente, pudiendo convertirse en un embrague en sentido contrario o 
en un no desembragamiento. 
 
La sustitución del motor de la cerradura DNLK pretende mejorar las prestaciones que ofrece el 
motor y solucionar las deficiencias descritas anteriormente. 
1 INTRODUCCIÓN 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 15 - 
En lo que se refiere a la empresa, SALTO, y a sus clientes, la implementación de un motor cuyo 
funcionamiento sea excepcional conllevará la garantía del correcto y preciso funcionamiento de todas 
las unidades, además de la consecución de las acreditaciones correspondientes a la durabilidad de ellas. 
El garantizar que no haya productos defectuosos repercutirá en el buen nombre de la empresa. 
Al sacar al mercado un producto eliminando toda posibilidad de defectos, la fiabilidad de la empresa 
aumentará, repercutiendo, por un lado, en el logro de nuevos compradores y, por otro lado, en la reducción 
de los costes, al no tener que sustituir los productos defectuosos. 
 
A su vez, la garantía del correcto funcionamiento de los componentes que forman las cerraduras 
proporcionará una mayor seguridad frente a robos y vandalismo a todo aquel que tenga una cerradura 
de SALTO en su hogar u oficina. Una cerradura electrónica que funcione correctamente es mucho más 
segura que una cerradura mecánica tradicional debido a que: 
 
1. No se puede hacer una copia de la llave. La llave proporcionada por la empresa está emparejada 
con la cerradura, y únicamente puede ser abierta con esta misma. 
2. En caso de que la llave se pierda o sea robada, se anula el acceso que tiene la llave y se solicita 
una nueva. 
3. En caso de que se intente romper la cerradura, ya sea taladrándola o golpeándola, la cerradura se 
bloquea y no hay forma de abrir la puerta. 
 
Estos aspectos son los que hacen que las cerraduras electrónicas sean cada vez más cotizadas, ya 
que mejoran sustancialmente la seguridad del hogar y, por tanto, la calidad de vida. 
 
Frente a la creencia de que el impacto medioambiental de estas cerraduras es grande, hay que 
decir que su vida útil supera el año. 
En relación con el último aspecto, hay que destacar que SALTO está considerada como una 
empresa de cero emisiones, debido a que contamina poco y a que anualmente participa en la plantación 
de árboles en el Amazonas para compensar el impacto medioambiental que tiene. 
 
 Para terminar con esta introducción, se analizarán las competencias curriculares del grado de 
Ingeniería Electrónica Industrial que han sido de utilidad para realizar este proyecto: 
• Competencias básicas: 
o Saber aplicar los conocimientos a su trabajo de una forma profesional. 
o Resolver problemas y defender las soluciones con argumentos dentro de su área de 
estudio. 
o Reunir e interpretar datos relevantes para hacer una reflexión sobre temas relevantes de 
índole social, científica o ética. 
o Desarrollar y poner en marcha las habilidades adquiridas en un trabajo profesional. 
 
1 INTRODUCCIÓN 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 16 - 
• Competencias específicas: 
 
o Usar instrumentación electrónica, sensores y acondicionadores de señal para medir 
variables físicas. 
o Conocer los fundamentos y aplicaciones de la electrónica y microprocesadores para 
diseñar, simular e implementar sistemas lógicos programables. 
o Diseñar sistemas de control y automatización industrial y aplicar la instrumentación 
electrónica para analizar y diseñar sistemas de adquisición y control en tiempo real, 
utilizando tanto instrumentación como diseñando circuitos y programas ad-hoc. 
o Realizar mediciones, cálculos, valoraciones, informes, planificación de tareas y otros 
trabajos análogos en el ámbito de la electrónica industrial. 
o Analizar y valorar el impacto social, seguridad y salud, sostenibilidad medioambiental, 
económica e industrial de las soluciones técnicas 
o Redactar, desarrollar y firmar proyectos en el ámbito de la ingeniería de electrónica 
industrial. 
• Competencias transversales: 
 
o Adquirir hábitos de trabajo personal. 
o Conocer y entender la organización de la empresa y las ciencias que rigen su actividad, 
así como los mecanismos en que se basa la investigación científica. 
o Trabajar de manera multidisciplinar entre departamentos de una misma empresa. 
o Gestionar la adquisición, la estructuración, el análisis y la visualización de datos e 
información en el ámbito de la especialidad. 
o Procesar y comunicar información. 
o Tener una actitud ética y profesional. 
o Conocer una tercera lengua. 
o Tener motivación para la realización profesional y para afrontar nuevos retos. Poseer una 
visión amplia de las posibilidades de la carrera profesional en el ámbito propio de la 
especialidad. 
o Tener una actitud activa, crítica e innovadora. 
o Tener capacidad para el razonamiento crítico, lógico y matemático para resolver 
problemas en su área de estudio. 
 
1.2 Control de accesos 
 
El control de acceso es una tecnología que restringe o permite elacceso de un usuario a un sistema 
en el que los recursos pueden ser físicos (control de acceso de la puerta de un edificio) o virtuales (como el 
control de acceso a un servidor Web). Salto Systems se especializa en el control de accesos a nivel físico, 
en el que se distinguen 3 elementos: 
1 INTRODUCCIÓN 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 17 - 
 
Figura 1. Control de accesos 
 
1. El Usuario. Aquel que presenta una identificación para entrar en el sistema. 
2. La Identificación. Es la llave que da acceso al sistema. Puede ser una clave por teclado, un tag de 
proximidad o un sistema de biometría. 
3. El Recurso. Es la herramienta que al presentar una identificación válida da paso al sistema. Puede 
ser el pomo de una puerta, una talanquera de la entrada de un parking o un torniquete de la parada 
de un tren. 
 
Una vez establecidos los conceptos básicos del control de acceso (¿Qué es y cómo funciona?), en el 
siguiente apartado se analizará el estado del arte del mundo de la industria y de la producción. De esta 
forma, se pondrá en contexto la situación del proyecto. 
 
1 INTRODUCCIÓN 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 18 - 
 
 
2 OBJETIVOS 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 19 - 
2 OBJETIVOS 
 
El objetivo principal de este proyecto es el de diseñar un sistema motorreductor muy eficiente, de 
tamaño reducido y con capacidad de generar suficiente par como para mover la cerradura. 
 
De este mismo objetivo nacen varios objetivos secundarios: 
• Sustituir el motor con escobillas de corriente continua mecánico por uno sin escobillas. 
• Medir el ángulo de giro del motor mediante una estrategia de control que no sea un encoder 
mecánico. 
• Controlar con precisión la posición angular del eje de salida del mecanismo. 
• Superar el mínimo número de ciclos de funcionamiento que el motor ha de soportar para así 
respetar las normativas existentes. 
 
El proyecto consiste en sustituir el actual mecanismo basado en un motor BDC y un encoder mecánico 
por un motor BLDC y la electrónica de control correspondiente. Se estudiarán las opciones de motores 
BLDC actualmente disponibles, así como la electrónica requerida en cada caso. Se elegirá la opción más 
adecuada y se sustituirá el mecanismo por el que se estime más adecuado. Se modificará la electrónica 
existente por la que se necesite para controlar el nuevo motor y se implementará el firmware necesario para 
gestionarla. 
 
La cerradura DNLK es una cerradura electrónica que permite la conexión inteligente mediante 
tecnología Bluetooth que se instala de forma sencilla en el interior de la puerta, permitiendo mantener la 
cerradura de embutir de la propia puerta. 
 
2.1 Planificación del proyecto 
 
Para cumplir con los objetivos fijados, se ha planificado el proyecto en 4 actividades o etapas: 
 
1. Análisis del estado del arte: Con esta primera actividad, el alumno se familiariza con el 
entorno y herramientas del trabajo, a la vez que entiende y estudia las soluciones para la 
problemática que se le plantea con el proyecto. 
 
2. Planificación y diseño del proyecto: En un segundo momento, las actividades son tanto 
definir los requerimientos que ha de tener el test, las tareas a desarrollar y seleccionar, como 
comprar los componentes para realizar el proyecto. 
 
3. Elaboración de maqueta: Para desarrollar la maqueta es necesario definir previamente la 
lógica de control del motor. Posteriormente, hay que desarrollar el firmware para controlar 
el motor y adecuar el movimiento de éste con el fin de simular las operaciones que realiza 
una cerradura. 
2 OBJETIVOS 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 20 - 
 
4. Pruebas y puesta en marcha: Como su propio nombre indica, esta actividad está definida 
para realizar el proceso de validación del sistema motorreductor, es decir, del prototipo. 
 
5. Memoria: La última tarea de todas es la de redactar la de la memoria. Se trata de la 
realización del documento técnico presente. 
 
La planificación de las actividades en el tiempo se representa mediante el siguiente diagrama de 
Gantt: 
 
Figura 2. Diagrama de Gantt 
2.2 Pliego de condiciones 
2.2.1 Pliego de condiciones generales 
 El presente Pliego de Condiciones Técnicas es el resumen de las características que se han de 
cumplir en el desarrollo del “Proyecto de mejora del control de posición del mecanismo de embrague de la 
cerradura electrónica DNLK en base a motores BLDC” descrito en la Memoria, así como también de los 
materiales utilizados en la construcción de éste. 
 
 El objetivo primario de este documento es diseñar y desarrollar una maqueta completamente 
automática capaz de: 
 
• Recibir un mensaje que contenga los parámetros de simulación. 
• Realizar un giro de un ángulo o tiempo determinado. 
2 OBJETIVOS 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 21 - 
• Moverse mediante un motor BLDC. 
• Controlar la velocidad del motor 
• Conocer en todo momento la posición del motor. 
• Corregir el error en el movimiento. 
 
 Las condiciones genéricas del proyecto son las siguientes: 
 
• Fecha de comienzo: 30/09/2022 
• Fecha de entrega: 31/01/2023. 
• Compra de componentes comerciales. 
• Componentes de coste reducido. 
 
 Todas estas acciones se llevan a cabo sin necesidad de un PC ni de un SW específico. El proyecto 
está compuesto de la siguiente documentación: 
• Memoria. 
• Anexos. 
 
Se entiende por documentación aquella que es de obligado cumplimiento, incluidas las 
modificaciones autorizadas. El resto de documentación o datos del proyecto son informativos. 
2.2.2 Pliego de condiciones técnicas particulares 
Una de las obligaciones del alumno es la de seleccionar y comprar el material que él vea conveniente 
para realizar el proyecto. 
Los requisitos que han de cumplir los componentes del proyecto son los siguientes: 
 
a) Gestión del control motor: El control del motor se ha de hacer mediante un microcontrolador 
STM32, que ha de ser capaz de comunicarse con el PC y controlar el motor BLDC. 
b) El motor que se ocupa de los giros de la maqueta ha de ser capaz de aplicar un par de paradas de 
unos 24 mN·m, llegar a una velocidad en vacío de 9000rpm y no tener más de 20mm de radio y 
24mm de longitud. 
c) La comunicación con el PC ha de ser a una velocidad de 115200 baudios. 
d) Selección de motores: hay que realizar un estudio del mercado y seleccionar varios motores 
BLDC, que se ajusten a los requisitos de operación, para probarlos. 
e) Selección de drivers: se ha de comprar un driver que lleve el control del motor integrado y que sea 
capaz de controlar los motores seleccionados. 
f) El coste del motor y el driver ha de ser lo menor posible. 
g) El motor ha de ser capaz de girar por ángulo, por tiempo y en sentido horario y antihorario. 
 
2 OBJETIVOS 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 22 - 
 
3 ESTADO DEL ARTE 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 23 - 
3 ESTADO DEL ARTE 
 
Actualmente, con la variedad de productos que hay en el mercado, la calidad y la durabilidad son 
dos condicionantes a la hora de seleccionar entre un producto y otro. 
En este contexto, han surgido tres corrientes que, hoy por hoy, están revolucionando el sector de la 
industria: La Industria 4.0, Lean Production y La Huella Ambiental de Producto (HAP). 
 
3.1 Industria 4.0 
La cuarta revolución industrial, o lo que se viene llamando la Industria 4.0 se centra en: 
• La interconectividad. 
• La automatización y el aprendizaje automatizado. 
• Los datos en tiempo real. 
• La creación de series de producción más cortas y rentables. 
• El aprovechamiento de la información para su análisis desde múltiples canales donde ser capaces 
de analizarla y explotarla en tiempo real. 
En [1] se indica que la Industria 4.0 no solo consiste en invertir en tecnología para mejorar la 
eficiencia en la manufactura, sino que también se trata de una revolución en la que opera y crece toda una 
empresa. 
Así mismo, [2] define la Industria4.0 como un cambio no solo tecnológico, sino también como un cambio 
en los modelos económicos de los países. Este mismo documento propone a Asia como ejemplo: continente 
cuya participación en el mercado se ha cuadriplicado en el último año. 
 
SALTO, al ser uno de los más destacados fabricantes de cerraduras y, por tanto, una de las 
empresas que más cerraduras manufactura en el mercado, lleva varios años invirtiendo recursos y 
adaptándose a la Industria 4.0. 
 
Un aspecto fundamental de la Industria 4.0 -presente en este proyecto- es el del aprovechamiento 
de la información. Debido a la información añadida que proporciona el proyecto respecto al modelo actual, 
se puede hacer un mejor seguimiento de todos los dispositivos que se elaboran en la empresa, lo que permite 
tanto detectar fallos debidos al diseño y a la fabricación que antes no se podían detectar, como adelantarse 
a ellos. Gracias a esto, el proyecto cumple con un segundo aspecto fundamental de la Industria 4.0, el de 
dar trazabilidad a este modelo de cerraduras. 
 
Figura 3. Industria 4.0 
3 ESTADO DEL ARTE 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 24 - 
3.2 Lean Production 
Actualmente, las empresas necesitan encontrar soluciones en su modo de gestión para afrontar 
determinados retos a los que la competencia, el mercado y el entorno institucional las someten. Dichos retos 
están relacionados con: 
• La rapidez en los tiempos de entrega. 
• El desarrollo y la innovación de nuevos productos. 
• Productos con cero defectos y alta fiabilidad. 
Es por esto por lo que las empresas buscan alternativas en los modelos de gestión; de aquí la 
importancia del Lean Production. Este modelo está recibiendo una atención creciente por parte del sector 
de la industria para mejorar la competitividad de las empresas [3]. 
Lean Production surge en los años 50 del siglo pasado en la empresa automovilística Toyota. Este 
modelo pretende actuar sobre las causas de variabilidad (todas aquellas cosas que el cliente no valora) y 
sobre las causas de inflexibilidad (todo lo que no se adapta a las exigencias del cliente), para conseguir una 
mejora en calidad, costes, plazos y tiempo [4]. 
En la realización de este proyecto se pretende adoptar el modelo de organización de Lean Production, 
desechando todos los defectos que tiene la cerradura actual, mejorando la calidad del producto y eliminando 
el tiempo que se invierte en la detección de errores. 
 
 
Figura 4. Lean Production 
3.3 Eco-innovación 
En [5] se define la eco innovación como el desarrollo de productos y formas de trabajar que 
contribuyan al desarrollo sostenible, es decir, aprovechando los recursos que proporciona el propio planeta, 
pero asegurándose de que se regeneran para mantenerlos a un nivel adecuado. 
La eco innovación significa mucho más que lanzar un nuevo producto haciendo un uso eficiente 
de los recursos y minimizando el impacto sobre el plantea. La eco innovación también está estrechamente 
relacionada con aspectos como la estrategia, el diseño de procesos y la relación con los proveedores y 
clientes. 
Muchas empresas ven la eco innovación no solo como una forma de diferenciarse de otras 
empresas, sino también como una manera de reducir costes, evitando el malgasto de energía durante todo 
el proceso o la utilización de determinadas materias primas. 
 
3 ESTADO DEL ARTE 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 25 - 
Así pues, gracias a la implementación de la nueva cerradura con mayor vida útil y mayor fiabilidad, 
se reducirá sustancialmente el malgasto del material a la hora de tener que crear nuevas unidades para suplir 
las defectuosas. 
 
 
Figura 5. Eco-innovación 
En los siguientes apartados, se procede a explicar las distintas etapas que ha tenido el proyecto a lo 
largo de su desarrollo, así como las correspondientes tareas. Una vez desglosadas todas las tareas, se 
mostrarán los resultados obtenidos con las nuevas maquetas y se compararán con las respuestas obtenidas 
en el testeo de la cerradura DNLK actual. 
 
El desarrollo del proyecto se divide en 4 etapas: 
1. ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado. 
2. ETAPA 2: Diseño de maqueta y desarrollo del firmware. 
3. ETAPA 3: Pruebas y puesta en marcha. 
4. ETAPA 4: Estudio de la implementación del método “Sensorless”. 
 
 
 
3 ESTADO DEL ARTE 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 26 - 
 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 27 - 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
 
La primera etapa del proyecto consiste en: 
• El estudio de la cerradura inteligente DNLK (diseño y funcionamiento) 
• Y en el estudio teórico de los motores BDC y BLDC, además de en el análisis de los 
diversos motores BLDC que hay en el mercado. 
4.1 Cerradura DNLK 
La cerradura DNLK es uno de los productos, entre los desarrollados por SALTO para el mercado 
residencial, con mayor éxito. Se trata de una cerradura inteligente con tecnología Bluetooth que puede ser 
instalada de forma sencilla en el interior de la puerta, permitiendo mantener la cerradura de embutir 
existente: 
 
Figura 6. Cerradura DNLK 
Para la instalación de la cerradura es necesario un kit de instalación. El kit completo consta de la 
cerradura inteligente Danalock, las pilas de la propia cerradura, el cilindro y varios adaptadores que sirven 
para acoplar las distintas cerraduras que hay en el mundo [ANEXO: Cerradura DNLK]. La autonomía de 
una cerradura Danalock, teniendo en cuenta que ésta puede abrirse unas 10 veces por día, es de más de 2 
años. 
 
Tras implementar la cerradura DNLK, es necesario hacer su calibración. La calibración consiste 
en una serie de embragues y desembragues que tienen como objetivo garantizar el correcto funcionamiento 
de la cerradura. 
 
La cerradura Danalock dispone de comunicación inalámbrica mediante tecnología bluetooth para 
que el usuario pueda abrir o cerrarla empleando simplemente su móvil, sin tener que utilizar identificación 
alguna. Para poder comunicarse vía Bluetooth es necesario utilizar la aplicación Danalock [Figura 7], que 
está disponible para sistemas operativos Android y iOS. 
La apertura y cierre de la cerradura no se puede realizar sin un emparejamiento previo. Para ello, 
es necesario navegar en la interfaz de la aplicación móvil y agregar un nuevo dispositivo. 
 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 28 - 
 
Figura 7. Aplicación móvil de la Danalock 
 
La cerradura DNLK tiene un recubrimiento que le da esa forma cilíndrica tan característica [Figura 
8]. Dentro de la cerradura se encuentran: el motor BDC que hace embragar y desembragar la cerradura; el 
sistema motorreductor que transfiere ese movimiento al eje; las pilas del motor; y, por último, la electrónica 
de control que, como su propio nombre indica, sirve para recibir y enviar comandos. 
 
Figura 8. Diseño cerradura DNLK 
 
A continuación, se explica de forma detallada cada uno de los elementos que forman el motor: 
1. Sistema de reducción. Sistema que transmite el movimiento del motor al eje final de la 
cerradura. Está compuesto por 13 engranajes y su reductora es de 193. 
 
 Tabla 1. Características sistema motorreductor 
Engranaje Z M Dp Dext Material 
1 Motor 10 0.5 5 6 Latón 
2 15 0.5 7.5 8.5 Latón 
3 10 0.5 5 6 Acero 
4 20 0.5 10 11 Acero 
5 10 0.5 5 6 Acero 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 29 - 
6 26 0.5 13 14 Acero 
7 10 0.5 5 6 Acero 
8 26 0.5 13 14 Acero 
9 Salida 10 0.5 5 6 Acero 
10 34 0.5 17 18 Acero 
11 10 0.6 6 7.2 Acero 
12 10 0.6 6 7.2 Acero 
13 Eje 
central 
28 0.6 16.8 18 Acero 
 
 
 
 
 
 
 
 
𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑖ó𝑛 → 𝑖 =
10 · 10 · 10 · 10 · 10 · 10
15 · 20 · 26 · 26 · 34 · 28
= 0.005178 ≅ 0.00518 
𝑅𝑒𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 → 𝑟 =
1
0.00518
= 193.05 
 
2. Motor de accionamiento (Motor DC). El motor de accionamiento que incorporala 
DNLK [Figura 10] es un motor de corriente continua fabricado por la empresa Mitsumi y 
con el siguiente número identificativo: M22E-13. Las características de este motor se 
pueden encontrar en ANEXO 4[] 
 
Figura 10. Motor MITSUMI M22E-13 
 1 2 3 4 5 6 7 
 8 9 10 11 12 
Figura 9. Engranajes sistema motorreducotr 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 30 - 
3. Baterías. La batería de la cerradura DNLK está compuesta por 4 pilas de 3 V que se 
posicionan de forma vertical, una al lado de la otra en [Figura 11]. 
Figura 11. Alojamiento de las pilas para la cerradura DNLK 
4. Electrónica de control. La electrónica de control de la cerradura DNLK es una placa 
PCBA compuesta por elementos pasivos y circuitos integrados []. En lo que respecta a los 
circuitos integrados, tienen el siguiente funcionamiento: 
 
a. Driver del motor. El CI DRV8872 es un circuito que contiene el puente en H que 
se ocupa de controlar los distintos movimientos del motor. 
 
b. Encriptador de datos. Para que los datos se transmitan de forma segura, se 
implementa el ATECC508A-MAHDA-S. Este dispositivo se ocupa de la 
autentificación criptográfica para dificultar lo máximo posible la corrupción de 
datos. 
 
c. Comunicación Bluetooth. La comunicación Bluetooth se realiza mediante el 
circuito integrado nRF52832 de la empresa Nordic. 
 
d. Convertidor DC-DC. El TPS6217 es un dispositivo que se utiliza para convertir 
la tensión de las pilas a una tensión inferior, para alimentar el resto de los 
componentes electrónicos de la placa. 
 
Figura 12. Placa PCBA de la cerradura DNLK 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 31 - 
4.2 Funcionamiento de la DNLK 
 
La cerradura DNLK tiene un funcionamiento muy sencillo que viene simplificado en [Figura 13]. El 
usuario, una vez vinculado y hecho el calibrado de la cerradura, envía un comando de apertura al 
dispositivo: 
 
• La cerradura recibe el comando de apertura. Al recibir el comando, el driver del motor manda 
moverse al motor hasta que éste llega a embragar el sistema motorreductor con el eje central de la 
cerradura. Una vez embragado, el motor sigue girando hasta abrir la cerradura por completo. 
 
• Tras hacer la apertura, el motor espera un tiempo finito para que el usuario actúe sobre la manilla 
del picaporte, abra la puerta, entre por ella y acabe cerrándola. 
 
• Después de haber transcurrido el tiempo de espera, el motor se mueve en dirección contraria hasta 
embragar en sentido opuesto al anterior. Al embragar en sentido opuesto y mover el eje de la 
manilla, la cerradura queda cerrada. 
 
• Al terminar el ciclo de cierre, el motor vuelve a la posición inicial, dejando así el sistema 
desembragado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.3 Revisión de la DNLK 
Para comprobar qué carencias presenta la cerradura DNLK, se ha realizado una revisión cuyo 
enfoque es el de describir las causas que originan los problemas que se están detectando. Se han detectado 
tres problemas: 
 
1. Bloqueos del sistema. El sistema se queda bloqueado cuando el eje principal (eje central 
que se conecta con el cilindro y en el que está montado el pomo) no se desembraga del 
sistema reductor. En esta situación, para mover el eje principal (para abrir/cerrar la puerta), 
ESTADO 
INICIAL 
EMBRAGUE DEL 
MOTOR 
ESTADO 
INICIAL 
Figura 13. Funcionamiento de la cerradura DNLK 
DESEMBRAGUE 
DEL MOTOR 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 32 - 
es necesario arrastrar todo el sistema reductor ejerciendo un par muy alto, que puede ser 
complicado de alcanzar con una llave. 
 
2. Baterías. Los contactos de las baterías se realizan mediante pletinas para sujetar las pilas. 
Con el tiempo, las pletinas se van deformando e incluso se pueden llegar a romper. El 
problema se agrava por el diseño de la tapa de pilas. La tapa no ejerce la suficiente presión 
como para mantener las pilas inmóviles. 
 
 
Figura 14. Tapa baterías DNLK 
3. Fallos de comunicación. Al realizar las pruebas de testeo, en más de una ocasión, tras haber 
dado la orden de apertura/cierre mediante la aplicación Danalock, la cerradura queda 
bloqueada. Se ha podido comprobar que después de unas cuantas iteraciones, la cerradura 
y el teléfono móvil dejan de comunicarse. Por mucho que se envíen los comandos de 
apertura/cierre, la cerradura y el dispositivo móvil no se comunican, hasta que, una de dos, 
se cierra la aplicación o se sale fuera del rango de la cerradura. 
 
Tras terminar de hacer la revisión de la cerradura DNLK y antes de comenzar a analizar las distintas 
estrategias de control que existen para hacer mover los motores BDC y BLDC, se procede a explicar el 
principio de funcionamiento en el que se fundamentan todos los motores de corriente continua. 
 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 33 - 
4.4 Motores Eléctricos (MCC) 
Los motores eléctricos son máquinas eléctricas que convierten la energía eléctrica en mecánica. 
Estas máquinas pueden ser de una familia u otra en función del sentido del flujo magnético: motores de 
corriente alterna o motores de corriente continua. Hay una infinidad de tipos de motores, pero en este 
proyecto únicamente se exploran los motores de corriente continua con escobillas y sin escobillas: 
 
 A pesar de que los motores DC y AC sean distintos entre sí, el principio de funcionamiento es el 
mismo para ambos. Es por esto por lo que en este apartado únicamente se explica el principio de 
funcionamiento genérico de ambos. 
 
Un motor de corriente continua (CC) es una máquina giratoria que convierte la energía eléctrica en 
mecánica. Esta funcionalidad está basada en el principio de inducción, bajo el cual se crea una fuerza 
electromagnética a partir de una corriente de entrada que, a la vez, crea un movimiento giratorio en un 
conductor eléctrico [1]. Esta fuerza que se crea se conoce con el nombre de fuerza de Lorentz: 
𝐹 = 𝑞𝐸 + 𝑞𝑣 · 𝐵 (1) 
Dentro de esta ecuación se diferencian 2 términos, que consisten en lo siguiente: 
1. Si una partícula cargada se encuentra en un campo eléctrico, ésta sufrirá una fuerza proporcional 
a la fuerza ejercida por el propio campo y a la carga de la partícula que es aplicada en la dirección 
del campo eléctrico. 
 
Figura 16. Fuerza eléctrica 
Figura 15. Diagrama de motores eléctricos 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 34 - 
2. Si una carga pasa por un campo magnético sufrirá una fuerza proporcional con dirección 
perpendicular a la densidad del flujo magnético (B), a la carga de la partícula y a la velocidad de 
la carga. 
 
Figura 17. Fuerza electromagnética 
 
Para ver cómo los motores eléctricos funcionan en base al principio de la fuerza de Lorentz, se pone un 
ejemplo donde una cantidad x de partículas circulan por un cable [Figura 18] 
Al fenómeno creado por la circulación de partículas eléctricamente cargadas a lo largo de un conductor se 
le llama corriente, 𝑖: 
 
𝑖 =
𝛥𝑞
𝛥𝑡
 
 (2) 
 
La corriente mide en Amperios la cantidad de partículas que circulan durante un segundo por un 
material en Amperios. Supóngase que el cable se encuentra en un campo magnético que no es paralelo a la 
dirección de la corriente (dirección del campo eléctrico). Las partículas, al circular por el cable en la misma 
dirección que la corriente y estando bajo el efecto del campo magnético, sufrirán una fuerza perpendicular 
a la dirección de la corriente. Teniendo en cuenta esto, se deduce que la fuerza en el cable se ve representada 
por la siguiente ecuación: 
 
𝐹 = 𝑖 · 𝑙 × 𝐵 (3) 
 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 35 - 
 
Figura 18. Fuerza de Lorentz en material conductor 
Seguidamente, para ver cómo se puede generar movimiento mecánico con energía eléctrica,se presenta un 
tercer y último caso [Figura 19]. 
En este tercer caso, se cierra el cable de forma que la corriente se queda circulando en un bucle 
constante: 
 
Figura 19: Fuerza de Lorentz en circuito cerrado 
En este circuito encontramos una fuente de tensión que hace circular una tensión por un material conductor. 
La fuerza eléctrica que se crea a causa del campo eléctrico y el bombardeo de partículas que va de un 
terminal al otro crean una corriente que circula de manera cíclica. En los extremos del material conductor, 
se encuentran 2 imanes permanentes que crean un campo magnético con dirección de polo positivo a 
negativo. 
A causa del campo magnético se crean fuerzas en los extremos del circuito: 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 36 - 
 
Figura 20. Fuerza electromagnética en circuito cerrado 
Debido a las direcciones del campo eléctrico y magnético, las 2 fuerzas son de sentido contrario. El cable 
rota buscando alinear ambas fuerzas equilibrándolas así: 
 
Figura 21. Fuerza electromagnética equilibrada 
Para estimar el torque que se genera debido al movimiento creado por el campo magnético, se toma la 
ecuación mecánica del torque y se introduce la fuerza generada por el campo magnético en el cable: 
𝜏 = 𝑟 × 𝐹 → 𝜏 = 𝑑 × (𝑖 · 𝑙 × 𝐵) (1) 
De la última expresión se deduce que el torque generado por el cable es proporcional al producto vectorial 
del diámetro con el resultado del producto vectorial entre la multiplicación de la corriente por la distancia 
del cable y la fuerza ejercida por el campo magnético. 
Para acabar de explicar el principio de funcionamiento de un motor eléctrico es necesario tomar la 
ley de Faraday: 
𝜀 = −
𝜕𝜙𝐵
𝜕𝑡
 (2) 
Cuando se induce una corriente por el bobinado del rotor, el campo magnético del bobinado ejerce 
un torque sobre el circuito cerrado, convirtiendo así la energía eléctrica en energía mecánica y haciendo 
girar el rotor. 
Al hacer girar el motor, el flujo magnético a través de él cambia. La Ley de Faraday apunta que el 
cambio que se produce en el flujo magnético hace que el motor se comporte como un generador, de modo 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 37 - 
que debido al movimiento de la bobina del motor se genera una fuerza electromotriz que, según apunta la 
ley de Lenz, es opuesta a cualquier cambio. De ahí que a esta fuerza se la conozca como fuerza 
contraelectromotriz. 
 
Figura 22. Fuerza electromotriz generada por el cambio en el flujo magnético 
 Más tarde, cuando se profundice en los motores BLDC se retomará este mismo principio de la 
fuerza contraelectromotriz para aclarar cómo se puede detectar la posición de un motor de estas 
características. 
4.5 Motor DC con escobillas (BDC) 
La creación del primer motor de corriente continua data del siglo XIX, siendo así el primer motor 
eléctrico jamás creado. Los motores DC con escobilla son utilizados en un sinfín de aplicaciones; son 
baratos, fáciles de manejar y es posible encontrarlos en todo tipo de tamaños y formas. Como es lógico, los 
motores DC funcionan con corriente continua, generalmente obtenida mediante la rectificación de 
corrientes continua o por la misma corriente continua almacenada en unas pilas, como es el caso en la 
cerradura DNLK. 
 
Para describir el funcionamiento y control de un motor BDC con escobillas, se ha tomado el 
documento [6] en el que explica cómo se controla un motor DC y se da un ejemplo de cómo hacerlo con 
un driver. 
La construcción de este tipo de motores se muestra en [Figura 23]. Un motor BDC con escobillas 
común se compone de un estator, un rotor, escobillas y un conmutador. 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 38 - 
 
Figura 23. Construcción motor BDC 
El estator [Figura 24] crea un campo magnético estacionario que rodea al rotor. Este campo magnético, por 
lo general, se crea mediante imanes permanentes o devanados electromagnéticos. Los distintos tipos de 
motores BDC se distinguen entre sí por la construcción del estator mismo o por el modo en el que el 
devanado electromagnético está conectado a la fuente de alimentación. 
 
Figura 24. Estator BDC 
El rotor o armadura [Figura 25] está formado por uno o más devanados. Cuando los devanados son 
energizados, crean un campo magnético. Tal y como se ha explicado al analizar la expresión de la fuerza 
de Lorentz (3), los campos magnéticos del rotor se verán atraídos por los polos opuestos del estator 
haciendo que el rotor rote. A medida que el motor rota, los devanados del rotor se alimentan de forma 
secuencial, haciendo que el campo magnético creado por los polos del rotor no llegue a estar en una posición 
octogonal respecto a los del estator. El cambio secuencial de la alimentación de los devanados se conoce 
como conmutación. 
 
Figura 25. Rotor BDC 
Un motor BDC con escobillas, al contrario que el resto de motores eléctricos, no requiere de un 
controlador para conmutar la corriente de alimentación por los devanados del motor. La conmutación de 
los devanados en un motor BDC con escobillas se realiza de forma mecánica. A medida que el rotor gira, 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 39 - 
las escobillas de carbón se deslizan a lo largo del conmutador que se encuentra en el eje del motor. Este 
“conmutador” está compuesto por una superficie de cobre segmentado. Cada segmento de cobre está 
asociado a un devanado del rotor, por lo que al activar cualquiera de los devanados, un campo magnético 
dinámico es generado dentro del motor. Es importante recalcar que tanto las escobillas como el conmutador 
son las partes que más se pueden deteriorar del motor, ya que van deslizándose entre ellas. 
 
Figura 26. Escobillas BDC 
A continuación, para comprender el funcionamiento de un BDC con escobillas, se toman los distintos 
estados del flujo de la corriente por el rotor: 
 
1. Estado 1: En este primer estado, el colector conectado en la parte superior del rotor está en 
contacto con el terminal positivo de la fuente de alimentación, creando así un polo Sur en la parte 
superior y otro Norte en la parte inferior. En el estator se encuentran los imanes permanentes donde 
el polo Norte se encuentra en la parte superior y el polo Sur en la inferior. A consecuencia de esto, 
se produce una fuerza de atracción entre los polos del rotor y el estator, que resulta en un giro en 
sentido horario. 
 
Figura 27. BDC estado 1 
 
 
2. Estado 2: Cuando los dos colectores están en contacto con los 2 terminales de la fuente de 
alimentación, la corriente no fluye por el rotor. 
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TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 40 - 
 
Figura 28. BDC estado 2 
 
3. Estado 3: En el tercer caso, el colector conectado a la parte superior del rotor pasa a estar 
conectado al terminal negativo y el de la parte inferior, al positivo. Como consecuencia, la parte 
superior se convierte en el nuevo polo Norte y la inferior, en el polo Sur. Los polos no cambian en 
ningún momento, por lo que se produce una fuerza de repulsión entre los polos del estator y del 
rotor. 
 
Figura 29. BDC estado 3 
El control de un motor BLC se hace mediante circuitos de control (drivers) que se ocupan de controlar la 
velocidad del propio motor. La función de este tipo de circuitos es la de controlar la corriente que va por 
los devanados del motor. Los circuitos de control posibilitan que el controlador sea capaz de variar la 
tensión que le llega al motor mediante la modulación de ancho de pulso. 
 
Para el control bidireccional de un motor BDC es necesario utilizar un puente en H [Figura 16]. 
El puente en H es capaz de hacer circular la corriente por los devanados del motor en ambas direcciones. 
La forma más simplificada de entender un puente en H es partirlo en dos: Por un lado, se toman los 
semiconductoresQ1 y Q4, y por otro, Q2 y Q3. Los dos medios puentes son capaces de llevar el motor a 
la tensión de alimentación y a tierra, habilitando así el control bidireccional del motor. 
Los diodos que se encuentran en paralelo a los MOSFETs protegen a estos mismos de los picos 
de corriente que se pueden producir en el motor debido a la f.c.e.m. 
Por último, para garantizar el correcto funcionamiento del puente en H y a su vez para protegerlo, 
se han de implementar resistencias pull-down a la entrada de los MOSFETs. Cuando no se sabe qué hay en 
la puerta del MOSFET, se puede dar el caso de que dos MOSFETs en el mismo puente se activen. En el 
hipotético caso de que esto suceda, la tensión de alimentación se estará cortocircuitando, dañando así los 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
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MOSFETs. Por esta razón es por la que las resistencias pull-down son un requisito más para proteger el 
circuito de control. 
 
 
 
Figura 30. Puente en H 
Tabla 2. Conmutación puente en H 
 Q1 (CTRL1) Q2 (CTRL2) Q3 (CTRL3) Q4 (CTRL4) 
Adelante on Off off on 
Atrás off On on off 
Rodar off Off off off 
Frenar off On off on 
 
Para terminar la explicación acerca de los motores BDC con escobillas, únicamente queda 
mencionar las características del motor que actualmente lleva incorporada la cerradura DNLK. 
El motor DC actual de la cerradura DNLK es el MITSUMI M22E-13, cuyas características son las 
siguientes: 
 
Tabla 3. Tabla de características motor DNLK 
 𝑀𝐼𝑇𝑆𝑈𝑀𝐼 𝑀22𝐸 − 13 
𝑉𝑎𝑙𝑖𝑚 
 
12 𝑉 
𝑅𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎 
 
2.9 𝛺 
𝑊𝑛𝑜𝐿𝑜𝑎𝑑 
 
9000 𝑟𝑝𝑚 
𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 2 € 
 
Más tarde, cuando se presente el estudio del mercado que se ha realizado, se retomarán estas 
características para seleccionar los motores BLDC. 
 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 42 - 
Para calcular la constante de par del motor, es necesario tomar la curva de características de la 
carga-velocidad y corriente: 
 
Figura 31. Curva de características carga-velocidad vs corriente 
 
𝑘𝑀 =
T
𝐼
=
38
3
[
𝑚𝑁 · 𝑚
𝐴
] = 12.67 𝑚𝑁 · 𝑚 · 𝐴−1 
 
(4) 
Las pilas de la cerradura DNLK son otro factor a tener en cuenta a la hora de escoger el motor: al 
tener conectadas en serie 4 pilas de 4 Voltios cada una, hay que tener en cuenta que estas actuarán como 
una resistencia pasiva de 0.5 Ω cada una (en total 2 Ω). A continuación, se muestra el circuito simplificado 
del sistema y se calcula la corriente que circula en serie por el motor y las pilas: 
 
Figura 32. Circuito simplificado de la cerradura DNLK 
 
𝐼𝑀 =
12
2 + 2.9
[
𝑉
𝐴
] = 2.488 𝐴 ≅ 2.5 𝐴 
La corriente que circula por el motor está limitada a 2.1 A por el driver que lleva incorporado para 
saber si el motor está embragado o desembragado. 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 43 - 
{ 
𝑆𝑖 𝐼𝑀 < 𝐼𝐷𝑅𝐼𝑉𝐸𝑅 , 𝐼 = 𝐼𝑀 
𝑆𝑖 𝐼𝑀 > 𝐼𝐷𝑅𝐼𝑉𝐸𝑅 , 𝐼 = 𝐼𝐷𝑅𝐼𝑉𝐸𝑅 
} 
 2.5 𝐴 > 𝐼𝐷𝑅𝐼𝑉𝐸𝑅 → 𝐼 = 2.1 𝐴 
 
Por lo tanto, con una corriente de 2.1 A el máximo par que puede generar el motor es el siguiente: 
𝑇𝑀 = 𝐼 · 𝑘𝑀 = 2.1 [𝐴] · 12.67 [
𝑚𝑁 · 𝑚
𝐴
] = 25.3 𝑚𝑁 · 𝑚 
 
4.6 Motor DC sin escobillas (BLDC) 
El motor “Brushless Direct Current” (BLDC) es uno de los motores que mayor popularidad está 
ganando. Como su propio nombre indica, los motores BLDC no utilizan escobillas: En los motores BLDC 
la conmutación se realiza mediante conmutación electrónica. En comparación con los motores BDC 
previamente analizados, los motores BLDC tienen las siguientes ventajas: 
 
• Mejores características velocidad vs torque 
• Gran respuesta dinámica 
• Vida útil larga 
• Funcionamiento silencioso 
• Mayor rango de velocidades 
 
Es más, la ratio torque generado/tamaño del motor es mayor. Es por esto por lo que los motores 
BLDC son la opción idónea para aplicaciones en las que el espacio y el peso son factores críticos. 
Gracias a todos estos motivos los motores BLDC están logrando hacerse un hueco en las industrias 
de la automoción, aeroespacial, médicas y más. [7] 
 
Los motores BLDC son motores síncronos, es decir, los campos magnéticos generados por el 
estator y por el rotor rotan a la misma frecuencia. Los motores BLDC pueden con 1, 2 o 3 fases. En este 
proyecto únicamente se analizan los motores BLDC con 3 fases [II], ya que son los más adecuados en 
cuanto a características para la cerradura DNLK. 
 
En los motores BLDC, al igual que en los motores BDC, hay un rotor y un estator. Pero la 
composición de cada uno de estos cambia: 
• Estator: El estator de un motor BLDC consiste en láminas de acero apiladas una encima de 
otra [III] rodeadas por devanados [I]. La mayoría de los estatores tienen 3 devanados 
conectados en estrella. Cada devanado está formado por numerosas bobinas interconectadas 
entre sí. Hay 2 tipos de devanados de estator: trapezoidal y sinusoidal. Lo que diferencia estos 
2 tipos de estatores es la f.c.e.m generada. 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 44 - 
 
 
Figura 33. Estator motor BLDC 
• Rotor: El rotor está formado por imanes permanentes. Cada uno de estos imanes tiene en cada 
extremo una polaridad magnética, es decir, en un extremo tiene el polo Norte y en el otro, el 
polo Sur. La cantidad de pares de polo que puede tener un rotor es un número comprendido 
entre 2 y 8. Por lo general, los imanes permanentes se crean a partir de imanes de ferrita y 
pueden estar incrustados en el núcleo del rotor o en la periferia de éste. 
 
Figura 34. Imanes del rotor motor BLDC 
 
 
Figura 35. Estructura de un motor BLDC 
 III 
 II 
 I 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
TFM - Nikolas Berraondo Imedio - 45 - 
Un motor BLDC aplica el mismo principio de funcionamiento que los motores BDC, pero se distingue 
por 2 pequeños detalles: 
1. A diferencia del motor BDC, el motor BLDC no tiene ni escobillas ni colector. La conmutación 
se realiza de forma electrónica y no mecánica. 
2. En los motores BDC se induce una corriente en el rotor del motor. En los motores BLDC, en 
cambio, se induce una corriente por los devanados del estator. 
En los motores BLDC la conmutación electrónica se tiene que dar de forma que una de las fases se 
encuentre activa, una segunda que se encuentre activada, pero alimentada de forma negativa y una 
última que se halle desactivada. 
Las fases están interconectadas (conexión en estrella), por lo que cuando una corriente circula por 
cualquiera de ellas, pasará no por una sino por dos fases. Los devanados de las dos fases activas crean un 
campo magnético. En la imagen de la izquierda de la [Figura 36] se puede ver cómo los imanes permanentes 
del rotor, al detectar un cambio en la polaridad del motor, giran en sentido horario, ya que el devanado de 
la fase 3 repele el polo sur del imán y el devanado de la fase 2 lo atrae. Para que las fuerzas 
electromagnéticas no queden en ningún momento equilibradas se alimenta el devanado de la primera fase. 
De esta forma, el rotor gira aprovechando la activación secuencial de los devanados del estator. 
 
 
Figura 36. Funcionamiento motor BLDC 
 
 
El giro del motor se consigue mediante la implementación de un algoritmo de conmutación. 
Actualmente, los métodos más utilizados que nos atañen son: 
• Control trapezoidal 
• Conmutación sinusoidal 
• Control Vectorial 
Estos 3 métodos de control tienen como objetivo fundamental estimar la excitación óptima de cada una de 
las fases del motor y se diferencian principalmente por su complejidad de implementación, que a su vez se 
traduce en un incremento de las prestaciones. 
 
Entre los 3 métodos listados arriba, el más sencillo para controlar la conmutación secuencial de los 
devanados es el conocido como control trapezoidal. 
1
3 2 
1 1
2 2 3 3 
4 ETAPA 1: Estudio teórico y del mercado 
TFM -