Paper Tesina de graduacion Jimenez-López
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1. Nombres de los integrantes del proyecto VII CONCLUSIONES La importancia de la comunicaci n UART para permitir la interacci n de las tarjetas de desarrollo en la transmisi n y recepci n de las instrucciones de control para el motor BLDC adem s de uso de m dulos inal mbricos que son aspecto relevante para el proyecto lo que demuestra que la comunicaci n UART entre la tarjeta AVR Butterfly que es el encargado de transmitir las instrucciones dadas por usuario a trav s del joystick de esta tarjeta hacia la tarjeta LPCXpresso 1769 que es la que recepta estas instrucciones es muy vers til y cual sea el dato a ser enviado la comunicaci n UART nos garantiza que el dato no sufrir ninguna alteraci n en su contenido Para la programaci n de las tarjetas de desarrollo disponemos de un entorno muy amigable al momento de escribir compilar y ejecutar el c digo fuente para cada una de ellas lo que representa un punto muy importante para el desarrollo del proyecto ya que no se requiere de un conocimiento avanzado de control de motores BLDC lo que proporciona al usuario realizar modificaciones en el funcionamiento a su conveniencia sin ning n tipo de contratiempos garantizando as la operatividad de la estaci n de trabajo bajo instrucciones previamente establecidas Los ejercicios de prueba realizados con las tarjetas AVR Butterfly LPCXpresso 1769 muestran que sea interactuando con la PC al transmitir un dato y mostrarlo en p2. debe en consideraci n la creaci n de una gu a del usuario que permita el uso del mismo sea lo m s f cil y sin ning n tipo de inconveniente previo que ocasione un mal funcionamiento Una revisi n previa a la documentaci n de los dispositivos utilizados en la implementaci n de este proyecto ya sean estos los manuales de usuario proporcionados por cada uno de los fabricantes de dichos dispositivos fundamentos te ricos de control a motores BLDC y principios de radiofrecuencia para que hacer un uso m s eficiente de la estaci n de trabajo Un aspecto importante cuando se haga uso de m dulos de radiofrecuencia es analizar su configuraci n de pines la comunicaci n del dato que este maneja su velocidad de transferencia de datos y modos de operaci n para que al momento de realizar la comunicaci n UART se eviten problemas que a primera vista se asocian al cableado del proyecto problemas de programaci n etc IX REFERENCIAS 1 ATMEL AVR Butterfly Evaluation Kit User Guide www atmel com literature Fecha de consulta Febrero 2012 2 ATMEL AVR Butterfly Quick Start User Guide www atmel com products A VR butterfly Fecha de consulta Febrero 2012 3 ATMEL 8 bit AVR Microcontroller with 16k Bytes In System Programmable Flash www atmel com literature Fecha de consulta Marzo 2012 4 EMBEDDED ARTIST LPCXpresso Motor Control kit User Guide http Acs nxp com support microcontrollers motor control Fecha
3. 7 La estaci n de trabajo consta de dos partes La transmisi n que el encargada de enviar el dato la parte receptora que consta de dos componentes las tarjetas LPCXpresso 1769 y Motor Control Kit Figura 7 Estaci n de trabajo TRANSMISOR TARJETA AVR BUTTERFLY La transmisi n del dato es realizada por la tarjeta AVR Butterfly la fuente de alimentaci n DC para energizar el m dulo inal mbrico HM TR232 un inversor de se al que es el encargado de invertir la se al para que esta llegue con l gica positiva al pin TX del m dulo inal mbrico HM TR232 Cuando esta se al llega al pin TX el modulo la convierte en una modulaci n angular de amplitud constante modulaci n FSK Figura Transmisor Tarjeta AVR Butterfly y m dulo HM TR232 En la figura 9 se puede ver el detalle de los componentes del transmisor Fuente 5V LM7805 Inversor de se al TX M dulo inal mbrico HM TR Transmisor Figura 9 Detalle de componentes del transmisor RECEPTOR LPCXPRESSO1769 Y MOTOR CONTROL KT 3 El receptor est constituido de la tarjeta de desarrollo LPCXpresso1769 una fuente de alimentaci n DC de 5V para energizar el m dulo HM TR232 similar al usado en el receptor el m dulo inal mbrico antes mencionado y el Motor Control Kit MCK La recepci n del dato a trav s del m dulo inal mbrico el cual realiza la desmodulaci n de la se al transmitida que consiste en sab
4. ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL CENTRO DE INVESTIGACION CIENTIFICA Y TECNOLOGICA Control mediante Joystick de tarjeta AVR Butterfly usando m dulos de radiofrecuencia para comunicaci n con tarjeta LPCXpresso controladora de motor BLDC y presentaci n en display de mensajes de operaci n Diciembre 2012 Ana Jim nez Xavier L pez 2 Carlos Valdivieso Facultad de Ingenier a en Electricidad y Computaci n 1 28 Escuela Superior Polit cnica del Litoral ESPOL ai Campus Gustavo Galindo Km 30 5 V a Perimetral Apartado 09 01 5863 Guayaquil Ecuador 9 anesjime Ofiec espol edu ec xlopezEfiec espol edu ec cvaldivEfiec espol edu ec Resumen El presente proyecto describe el funcionamiento de la comunicaci n UART mediante radiofrecuencia entre las tarjetas de desarrollo AVR Butterfly LPCXpresso 1769 y tarjeta controladora Motor control Kit El control de un motor BLDC se lo realiza a trav s de un joystick de la tarjeta AVR Butterfly la cual env a las instrucciones al m dulo inal mbrico HM TR para transmitir los datos obtenidos a trav s del puerto UART de la misma tarjeta Para la recepci n de los datos se hace uso de un m dulo similar al del transmisor el cual convierte la se al modulada en bits que son enviadas a la tarjeta LPCXpresso1769 las cuales son procesadas y sus salidas son las instrucciones programadas para el control del motor BLDC las cuales son recibidas por la tarjeta controla
5. Es el modulo para la realizaci n de circuitos impresos PCB El modulo ISIS es un programa que nos permite dibujar sobre un rea de trabajo un circuito que posteriormente podremos simular gt A A A gt TO DN E has e Fig 6 Ventana de Trabajo de Proteus PROTEUS posee la aplicaci n ISIS permite generar circuitos reales y comprobar su funcionamiento en un PCB printed circuit board tarjeta de circuito impreso Entorno de dise o gr fico de esquemas electr nicos f cil de utilizar e implementar al momento de realizar un circuito electr nico Proteus cuenta con una gran cantidad de funciones para trabajar con circuitos electr nicos LPCXPRESSO IDE ECLIPSE El LPCXpresso IDE fue desarrollado por CodeRed junto a NXP El mismo incluye un entorno de Eclipse espec ficamente adaptado para interactuar con el target board En la figura 5 se muestra el entorno del LPCXpresso IDE 6 A AA e A A R oai Figura 5 Entorno LPCXpresso IDE 6 Cuando se tienen todos los archivos o se puede proceder al enlace de los archivos para generar un archivo ejecutable La salida generalmente es un archivo axf o elf que contienen el c digo ejecutable Luego se puede pasar a un archivo hex V DESARROLLO DEL PROYECTO DISE O Y DESARROLLO DE LA ESTACI N DE TRABAJO Es un conjunto de tarjetas componentes electr nicos y fuentes de alimentaci n DC Su implementaci n f sica se muestra en la figura
6. antalla o en el encendido de un led nos asegura que el dato que se env a no sufre alteraciones al momento de transmitirlo o recibirlo y m s aun cuando se emplean los m dulos inal mbricos para realizar la comunicaci n UART tampoco se ve alterada lo cual nos indica que el sistema modular de la estaci n de trabajo es el indicado para realizar esta comunicaci n sin ning n inconveniente La pantalla grafica Oled que posee la tarjeta Motor Control Kit nos permite apreciar el funcionamiento correcto de las instrucciones de control del motor cuando hace el arranque del mismo la variaci n de su velocidad y su cambio de giro lo que garantiza que las instrucciones enviadas desde el transmisor hacia el receptor son las mismas que el usuario selecciona cuando opera el joystick de la tarjeta AVR Butterfly lo que indica la ptima operaci n de la estaci n de trabajo VI RECOMENDACIONES Un punto fundamental de la configuraci n de la comunicaci n UART es tener en cuenta la velocidad de transferencia de datos Baud Rates el valor establecido debe ser el mismo para la parte transmisora representada por la AVR Butterfly como para la parte receptora la tarjeta LPCXpresso1769 para evitar problemas al momento de realizar la comunicaci n En la implementaci n de todo proyecto o prototipo se debe tomar en cuenta que su uso por parte de otras personas las cuales est n o no familiarizado con la operatividad del dispositivo se
7. as a las salidas de la misma tarjeta Estas salidas son las instrucciones para el Motor Control Kit que tiene acoplado el motor BLDC Para habilitar la instrucciones del joystick se presiona el bot n de arriba inmediatamente se mostrara en la pantalla el mensaje ANA JIMENEZ XAVIER LOPEZ Las instrucciones asignadas para el control del motor BLDC son las siguientes Bot n arriba pertenece a la instrucci n incrementa velocidad del motor Bot n abajo pertenece a la instrucci n reduce la velocidad del motor Bot n izquierda pertenece a la instrucci n encendido y apagado del motor Bot n derecha pertenece a la instrucci n cambio de giro del motor Bot n centro no realiza operaci n alguna VI IMPLEMENTACION DEL PROYECTO DE GRADUACION Se har uso de la estaci n de trabajo el programa de simulaci n PROTEUS el AVR Studio 4 y el LPCXpresso IDE El objetivo principal de los ejercicios es demostrar el funcionamiento de la comunicaci n UART y los recursos que esta posee SIMULACIONES En dise o de la AVR Butterfly realizado en PROTEUS se carga el archivo Ejercicio_3T hex creado en el programa AVR Studio 4 al compilar el C Se muestra en la figura 12 los nombres de los integrantes del proyecto de graduaci n ns E Sog ANA di E ap en o p LL o let VA e AET A proun 2 RAVIER sw a mm y Tos a a a y los Mos UNO ca ca s Figura 12
8. de consulta Marzo 2012 5 HOPE MICROELECTRONICS CO LTD HM TR Transparent Wireless Data Link Module User Guide www hoperf com Fecha de consulta Marzo de 2012 6 Kharsansky Alan Introduccion al LPCXpresso y repaso del lenguaje C Seminario de Sistemas Embebidos http Naboratorios f1 uba ar Ise seminario material 2011 Sistemas_Embebidos2doC Intro_a_LPCXpresso_y_repaso_lenguaje_C Kharsansky pdf Fecha de consulta Marzo de 2012 7 Marcela Rudas Julian Higuera Modulador y Desmodulador FSK www mjteleprocesos tripod com monitoreo_archivos FSK pdf Fecha de consulta Marzo 2012 8 MLX90287 12V PWM Fan Driver Melexis www melexis com Hall Effect Sensor ICs Hall Effect Fan Motor Drivers MLX90287 739 aspx Fecha de consulta Marzo 2012 9 MLX80151 High current NFET half bridge motorcontroller Melexis www melexis com DC Motor Control ICs DC Motor Control ICs MLX80151 712 aspx Fecha de consulta Marzo 2012 10 MOTOR BRUSHLESS sin escobillas Master Ingenieros S A wWww masteringenieros com master Ficheros File mot or pdf Fecha de consulta Marzo 2012 11 Motores brushless o BLDC Mario Sacco www neoteo com motores brushless bldc Fecha de consulta Febrero 2012 12 AVR Simulation with the ATMEL AVR Studi04 http www 2 tech purdue edu ecet courses ecet309 Reference_Materials Simulation_AVR_Studio_4 pdf Fecha de consulta Marzo 2012 13 Tutorial LPCXpresso IDE CodeRed Seminario de Sistemas E
9. dora del motor LPCXpressol 1 14 Palabras claves AVR Butterfly Comunicaci n UART LPCXpressol 1 14 LPCXpresso1769 Abstract The present project describes the operation of the UART communication via radio frequency between AVR Butterfly 1769 LPCXpresso development boardcards and controller boardcard Motor Control Kit The control of a BLDC motor is done through a joystick of the AVR Butterfly card which sends instructions to the wireless module HM TR to transmit the data obtained through the UART port of the same card For the reception of the data makes use of a module similar to the transmitter which converts the modulated signal in bits that are to be sent to the LPCXpresso1769 card which are processed and their outputs are programmed instructions for the control of the BLDC motor which are received by the motor controller boardcard LPCXpressol 114 Keywords AVR Butterfly UART Communication LPCXpressl 114 LPCXpresso1769 I ANTECEDENTES La importancia de las comunicaciones seriales su aplicaci n en el campo de la industria ha expandido de una manera acelerada el desarrollo e implementaci n de dispositivos capaces de transmitir y recibir datos cada m s r pido y sin distorsi n Uno de los medios actualmente m s utilizados es la radiofrecuencia debido a su versatilidad y facilidad para la instalaci n de los equipos de transmisi n Para la realizaci n del proyecto se utiliz las tarjetas de desarrollo AVR Butterfl
10. er distinguir las dos diferentes frecuencias de entrada para poder generar la onda original Una vez que la se al es como la enviada por la AVR Butterfly el m dulo inal mbrico lo env a al puerto UART3 de la tarjeta LPCXpresso 1769 por el pin TX3 los datos son procesados y se convierten en las instrucciones para el control del motor que a su vez son las entradas para el Motor Control Kit efectu las operaciones previamente programadas En la figura 10 se muestra la implementaci n del circuito receptor la tarjeta de desarrollo LPCXpresso1769 la fuente de alimentaci n para el m dulo inal mbrico HM TR232 y Motor control kit Figura 10 Receptor Tarjeta LPCXpresso MCK y m dulo HM TR232 Receptor Receptor inal mbrico Motor control kit Fuente 5V LM7805 Figura 11 Detalle de componentes del receptor CONTROL DE UN MOTOR BLDC En este ejercicio se programa dise a e implementa el proyecto de graduaci n el cual consiste en el control de un motor BLDC las instrucciones de operaci n para el control son enviadas por el joystick de la AVR Butterfly y se muestra en la pantalla LCD de la misma el env o de dicha instrucci n se emplea la radiofrecuencia haciendo uso de los m dulos inal mbricos tanto para transmisi n y recepci n una vez que se desmodula se al esta la recibe la tarjeta de desarrollo LPCXpresso por el puerto RX3 y luego las instrucciones son procesadas y enviad
11. mbebidos www laboratorios f1 uba ar lse seminario material_20 11 Sistemas_Embebidos 2011_2doC Mini_Tutorial_CodeRed_LPCXpresso_IDE_Khar sansky pdf Fecha de consulta Febrero del 2012 14 Universidad de la Am ricas Puebla Propagaci n RE Capitulo L www catarina udlap mx u_dl_a tales documentos lem capitulo1 pdf Fecha de consulta Marzo 2012 15 6UMI10360 LPCXpresso User Manual www npx com Fecha de consulta Febrero del 2012
12. n 5 Referencia gt Pin 6 Ajuste del dato listo Pin 7 Solicitud de envio Pin 8 Listo para el envio Pin 9 Indicador de anillo S S lt lt SE PS BO DBGgAS5 r P a gt gt BEBA SS O lt he Figura 2 Conexiones para comunicaci n UART del AVR Butterfly 1 Pin 1 RXD Pin 2 TXD Pin 3 GND Tabla I Asignaci n de pines AVR Butterfly Vs PC 1 En la Figura 2 se observa c mo se debe realizar el cableado para la comunicaci n a trav s de la interfaz serial RS 232 entre el AVR Butterfly y la PC A la izquierda se aprecia un conector DB9 hembra soldado a los cables que se conectan a la interfaz UART del AVR Butterfly derecha En la tabla I se muestra la asignaci n de pines de la AVR Butterfly para la comunicaci n con la PC 1 UART EN LA LPCXPRESSO 1769 El LPCXpresso es un conjunto de herramientas completo para evaluaci n y desarrollo con microcontroladores de NXP Esta compuesta por LPCXpresso IDE y herramientas de desarrollo IDE basado en Eclipse Compiler y linker GNU GDB debugger LPCXpresso target board stick BaseBoard o hardware adicional opcional 6 M DULOS INAL MBRICOS HM TR232 El m dulo de enlace inal mbrico de datos series HM TR es desarrollado por Hope microelectronics Co Ltd dedicado para aplicaciones que necesiten transmisi n inal mbrica de datos Esta caracter stica permite una alta tasa de datos una amplia distancia de transmisi n E
13. nte part culas quantos a trav s del espacio Estas part culas se desplazan siguiendo un movimiento ondulatorio que da lugar a una onda y son portadoras de energ a el ctrica y energ a magn tica 14 MH HERRAMIENTAS DE HARDWARE Se enunciar el hardware utilizado para la implementaci n de los ejercicios de prueba y el proyecto de graduaci n las tarjetas AVR Butterfly LPCXpresso y los m dulos inal mbricos UART DE LA AVR BUTTERFLY El AVR Butterfly tiene incluido un convertidor de nivel para la interfaz RS 232 para reprogramar al AVR Butterfly utilizando la caracter stica auto programaci n del ATmegal69 La AVR Butterfly tiene un peque o joystick como entrada para el usuario Este opera en cinco direcciones incluyendo el centro La l nea com n para todas las direcciones es GND Esto significa que la resistencia de compensaci n interna deber estar habilitada en la ATmega 169 para detectar la entrada desde el joystick 1 ASIGNACION DE LOS PARA LA COMUNICACI N CON LA PC PINES La comunicaci n con la PC requiere de tres l neas TXD RXD y GND TXD es la l nea para transmitir datos desde la PC hacia el AVR Butterfly RXD es la l nea para recepci n de datos enviados desde el AVR Butterfly hacia la PC y GND es la tierra com n 1 RS 232 DB 9 CONECTOR MACHO Pin 1 Detector de dato Pin 2 Receptor del dato Pin 3 Transmisor del dato Pin 4 Terminal del dato listo Pi
14. ntre las caracter sticas principales que posee los m dulos inal mbricos HM TR232 son Tecnolog a FSK modo half d plex robusto a la inferencia Banda ISM no requiere aplicar una licencia de frecuencia para su uso 5 En la figura 3 se muestra el esquema de la asignaci n de cada uno de los pines del m dulo inal mbrico HM TR232 Figura 3 Modulo inal mbrico HM TR 5 IV HERRAMIENTAS DE SOFTWARE Se enunciara brevemente sobre los recursos de software utilizados en el presente trabajo AVR Studio 4 PROTEUS y LPCXpresso Eclipse como los medios de programaci n de las tarjetas y simulaci n de los circuitos implementados SOFTWARE AVR STUDIO 4 Adicionalmente ATMEL tambi n proporciona en l nea el entorno de software AVR estudio 4 que permite editar ensamblar y simular el c digo fuente Una vez ensamblado y depurado el c digo fuente del programa se transferir el c digo m quina a la memoria flash del microcontrolador para esto se debe disponer de otro entorno de desarrollo para programar en forma serial o paralelo la memoria flash 12 ew e o m A a t a e e a eer e a o oa s Figura 4 Ventana Principal IDE 12 PROTEUS Proteus es una aplicaci n CAD compuesta de tres m dulos e ISIS Intelligents chematic input sistem Es el m dulo de captura de esquemas e VSM Virtual sistema modelling Es el m dulo de simulaci n incluyendo Prospice e ARES Advanced routing modelling
15. ucho componente de AC sin embargo se los clasifica como de DC porque al igual que los motores comunes tienen imanes permanentes En la figura 1 se muestra una vista lateral de un motor BLDC 10 CARACTERISTICAS FUNDAMENTALES Los motores BLDC tienen muchas ventajas frente a los motores DC con escobillas y frente a los motores de inducci n Algunas de estas ventajas que presentan son una mejor relaci n velocidad par motor la relaci n par motor tama o es mucho mayor lo que implica que se puedan emplear en aplicaciones con una mayor respuesta din mica mayor eficiencia mejorando la vida til reduciendo el ruido y permitiendo mayores rangos de velocidad 10 PROPAGACION POR RADIO FRECUENCIA Las ondas electromagn ticas son aquellas que son capaces de viajar a trav s del vac o a diferencia de las ondas mec nicas que necesitan un medio material para poder propagarse Como su nombre indica la radiaci n electromagn tica consta de carga el ctrica y magn tica Existe un enorme rango de ondas electromagn ticas y se diferencian por su frecuencia 14 CARACTER STICAS DE LA RADIOFRECUENCIA Dos caracter sticas importantes de las radiaciones electromagn ticas son la energ a fot nica y la velocidad de propagaci n La velocidad de transmisi n de estas radiaciones es siempre la misma 300 000 Km s velocidad de la luz sin importar su frecuencia o energ a La radiaci n electromagn tica es un transporte de energ a media
16. y LPCXpresso 1769 y Motor Control Kit las cuales servir n de y control para un motor BLDC con sensores La comunicaci n empleada entre ambas tarjetas de desarrollo es la UART pero con una variaci n en la transmisi n y recepci n de datos ya que se utiliza m dulos inal mbricos de radiofrecuencia para dicha funci n La funci n de receptor la cumple la tarjeta AVR Butterfly que por medio del joystick permite al usuario interactuar con las funciones de posici n que son mostradas en la pantalla LCD que esta posee Dichas funciones se transmiten por radiofrecuencia y son recibidas por la tarjeta LPCXpresso posteriormente son procesadas y enviadas a la tarjeta Motor Control Kit como instrucciones para el control al motor que esta tiene acoplado II FUNDAMENTOS TE RICOS Los motores de corriente continua sin escobillas BLDC son uno de los tipos de motores que m s popularidad ha ganado en los ltimos a os Actualmente los motores BLDC se emplean en sectores industriales tales como Autom vil Aeroespacial M dico equipos de automatizaci n e instrumentaci n Fig 1 Vista lateral de un motor BLDC 10 Estos motores carecen de colector y escobillas o carbones en vez de funcionar en DC funcionan en AC la mayor a se alimentan con una se al trif sica esta se al idealmente deber a ser sinusoidal pero en la pr ctica son pulsos haciendo que la se al sea un continua pulsante o bien una contin a con m
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