Realización De Un Multímetro Ponce.docx

CGUT yP UTT “Realización de un Multímetro, a través de conocimiento técnico visto a través de la carrera de Mecatrónica”

Presentado por: Grupo 7A

Como proyecto de segunda evaluación para la asignatura de Electricidad Industrial

Cuatrimestre: S-D 2018 Grupo: 7 A Torreón, Coahuila México. Universidad Tecnológica de Torreón 03/11/2018

Índice: Contenido Índice: .................................................................................................................................................. 2 Introducción: ....................................................................................................................................... 3 Marco Teórico ..................................................................................................................................... 4 ¿Qué es un Multímetro? ................................................................................................................ 4 Características de los multímetros................................................................................................. 4 Tipos de multímetro: ...................................................................................................................... 4 Divisor de Voltaje ........................................................................................................................... 4 Amplificador Operacional 741 ....................................................................................................... 5 Estructura del PIC16F877A .................................................................................................................. 5 PIC 16F877....................................................................................................................................... 5 Características Básicas del PIC16f887 ............................................................................................ 6 Descripción de los puertos: ............................................................................................................ 6 Programación del PIC16F877A .......................................................................................................... 10 Lenguaje C ..................................................................................................................................... 10 PIC C Compiler .............................................................................................................................. 12 Programa en C: ............................................................................................................................. 13 Simulación Proteus............................................................................................................................ 15 ¿Qué es Proteus? .......................................................................................................................... 15 Simulación..................................................................................................................................... 16 Prototipo ........................................................................................................................................... 19 Conclusiones ..................................................................................................................................... 21 Fuentes de Información .................................................................................................................... 22

Introducción: Se utilizarán los conocimientos adquiridos a través de todo nuestro trayecto como ingenieros para la realización de un Multímetro, en el cual aplicaremos conceptos como el análisis de circuitos eléctricos para realizar un divisor de voltaje, programación de microcontroladores (en este caso el PIC16F877A), la utilización de amplificadores operaciones para realzar un convertidor de corriente a voltaje. El multímetro es un instrumento de medición el cual combina varias funciones de medición en una sola unidad, puede ser electrónico o digital, se utiliza principalmente para medir diferentes fenómenos eléctricos que suceden, en distintos componentes. Es un instrumento que generalmente se utiliza para medir: resistencia, corriente y diferencia de potencial (o voltaje).

Marco Teórico ¿Qué es un Multímetro? Un multímetro, también denominado polímetro, tester o multitester, es un instrumento de medición que ofrece la posibilidad de medir distintos parámetros eléctricos y magnitudes en el mismo dispositivo. Las funciones más comunes son las de voltímetro, amperímetro y óhmetro. Es utilizado frecuentemente por personal en toda la gama de electrónica y electricidad

Características de los multímetros El Multímetro se utiliza para medir diferentes acciones de los electrones en los componentes eléctricos y electrónicos. Con este instrumento tú podrás medir “resistencia", "corriente", y "diferencia de potencial". 1.Se presentan en una caja protectora, de tamaño no mayor de 25 pulgadas cubicas. 2.Proveen dos terminales cuya polaridad se identifica mediante colores: Negro (-) y Rojo (+). 3. Los terminales se ubican en diferentes zócalos, unos son para médica de circuitos con corriente alterna (AC) y otros para medidas de circuitos con corriente directa (DC). En el presente multímetro solo se utilizará el modo DC. 4.La polaridad de los terminales debe ser observada para conectar apropiadamente el instrumento. 5. Poseen una llave selectora para elegir el tipo de medida a realizar. Están diseñados para hacer medidas de "resistencia", "corriente", y "diferencia de potencial”.

Tipos de multímetro: Los multímetros analógicos: son instrumentos de laboratorio y de campo muy útiles y versátiles, capaces de medir voltaje (en CD y CA), corriente, resistencia, ganancia de transistor, caída de voltaje en los diodos, capacitancia e impedancia. Se les llama por lo general multimeters (en inglés se les llama VOM, volt ohm miliammeters). Los multímetros digitales: se fabrican tomando como base ya sea un convertidor A / D de doble rampa o de voltaje a frecuencia, con ajuste de rango. Para dar flexibilidad para medir voltajes en rangos dinámicos más amplios con la suficiente resolución, se emplea un divisor de voltaje para escalar el voltaje de entrada

Divisor de Voltaje Un divisor de voltaje, es un arreglo de 2 impedancias, comúnmente resistencias que dividen el voltaje y la corriente de salida. La división es proporcional a las resistencias involucradas en el

divisor. Un divisor de voltaje se configura para tener una salida de potencial determinada, esta se puede calcular con una simple ecuación o formula. La salida en voltaje de un divisor sirve solamente como una referencia de voltaje. Puede parecer interesante, aplicar nuestro divisor como fuente de voltaje, sin embargo, no es recomendable. La resistencia que va a tierra forma un paralelo con la resistencia de carga lo cual modifica el voltaje de la entrada de la carga. Usualmente los divisores como fuentes se implementan en conjunto con diodos zener y/o amplificadores operacionales. Esto considerando aplicaciones básicas. La configuración básica de un divisor de voltaje es la siguiente, en donde por convención vamos a llamar R1 y R2 a las resistencias. R1 la que va a la fuente y R2 la que va a tierra. Vi es el voltaje de entrada y Vo es el de salida del divisor.

Amplificador Operacional 741 El LM741CN es un amplificador operacional de propósito general que cuenta con un rendimiento mejorado sobre los estándares de la industria como el LM709. El LM741 ofrece muchas características que hacen que su aplicación sea casi a prueba de protección de sobrecarga en la entrada y la salida, no latch-up cuando se supera el rango de modo común, así como la libertad de oscilaciones. Son repuestos de inserción directa para 709C, LM201, MC1439 y 748 en la mayoría de las aplicaciones. Estos amplificadores cuentan con numerosas funciones que hacen que su aplicación sea prácticamente protección infalible contra sobrecarga en entrada y salida, ausencia de enclavamiento cuando se excede el rango de modo común y libre de oscilaciones.    

Protección contra sobrecarga en entrada y salida No se produce enclavamiento cuando se excede el rango de modo común Producto ecológico sin Sb/Br Aplicaciones: Procesado de Señal

Estructura del PIC16F877A PIC 16F877 Se denomina microcontrolador a un dispositivo programable capaz de realizar diferentes actividades que requieran del procesamiento de datos digitales y del control y comunicación digital de diferentes dispositivos. Los microcontroladores poseen una memoria interna que almacena dos tipos de datos; las instrucciones, que corresponden al programa que se ejecuta, y los registros, es decir, los datos que el usuario maneja, así como registros especiales para el control de las diferentes funciones del microcontrolador.

Características Básicas del PIC16f887                                     

Arquitectura RISC El microcontrolador cuenta con solo 35 instrucciones diferentes Todas las instrucciones son uni-ciclo excepto por las de ramificación Frecuencia de operación 0-20 MHz Oscilador interno de alta precisión Calibrado de fábrica Rango de frecuencia de 8MHz a 31KHz seleccionado por software Voltaje de la fuente de alimentación de 2.0V a 5.5V Consumo: 220uA (2.0V, 4MHz), 11uA (2.0 V, 32 KHz) 50nA (en modo de espera) Ahorro de energía en el Modo de suspensión Brown-out Reset (BOR) con opción para controlar por software 35 pines de entrada/salida Alta corriente de fuente y de drenador para manejo de LED Resistencias pull-up programables individualmente por software Interrupción al cambiar el estado del pin Memoria ROM de 8K con tecnología FLASH El chip se puede reprogramar hasta 100.000 veces Opción de programación serial en el circuito El chip se puede programar incluso incorporado en el dispositivo destino. 256 bytes de memoria EEPROM Los datos se pueden grabar más de 1.000.000 veces 368 bytes de memoria RAM Convertidor A/D: 14 canales Resolución de 10 bits 3 temporizadores/contadores independientes Temporizador perro guardián Módulo comparador analógico con Dos comparadores analógicos Referencia de voltaje fija (0.6V) Referencia de voltaje programable en el chip Módulo PWM incorporado Módulo USART mejorado Soporta las comunicaciones seriales RS-485, RS-232 y LIN2.0 Auto detección de baudios Puerto Serie Síncrono Maestro (MSSP) Soporta los modos SPI e I2C

Descripción de los puertos:

Puerto A:       

Puerto de e/s de 6 pines RA0 è RA0 y AN0 RA1 è RA1 y AN1 RA2 è RA2, AN2 y VrefRA3 è RA3, AN3 y Vref+ RA4 è RA4 (Salida en colector abierto) y ToCKI (Entrada de reloj del módulo Timer0) RA5 è RA5, AN4 y SS (Selección esclavo para el puerto serie síncrono)

Puerto B:     

Puerto e/s 8 pines Resistencias pull-up programables RB0 è Interrupción externa RB4-7 è Interrupción por cambio de flanco RB5-RB7 y RB3 è programación y debugger in circuit

Puerto C:       

Puerto e/s de 8 pines RC0 è RC0, T1OSO (Timer1 salida oscilador) y T1CKI (Entrada de reloj del módulo Timer1). RC1-RC2 è PWM/COMP/CAPT RC1 è T1OSI (entrada osc timer1) RC3-4 è IIC RC3-5 è SPI RC6-7 è USART

Puerto D:       

Puerto e/s de 8 pines Bus de datos en PPS (Puerto paralelo esclavo) Puerto E: Puerto de e/s de 3 pines RE0 è RE0 y AN5 y Read de PPS RE1 è RE1 y AN6 y Write de PPS RE2 è RE2 y AN7 y CS de PPS

Dispositivos periféricos:      

Timer0: Temporizador-contador de 8 bits con preescaler de 8 bits Timer1: Temporizador-contador de 16 bits con preescaler que puede incrementarse en modo sleep de forma externa por un cristal/clock. Timer2: Temporizador-contador de 8 bits con preescaler y postescaler. Dos módulos de Captura, Comparación, PWM (Modulación de Anchura de Impulsos). Conversor A/D de 1 0 bits. Puerto Serie Síncrono Master (MSSP) con SPI e I2C (Master/Slave).

 

USART/SCI (Universal Syncheronus Asynchronous Receiver Transmitter) con 9 bit. Puerta Paralela Esclava (PSP) solo en encapsulados con 40 pines

Diagrama del PIC16F877A

Configuración Interna del PIC

Para más información acerca del PIC descargue el data sheet de Microchip dando click aquí: http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/39582b.pdf

Programación del PIC16F877A Lenguaje C C es un lenguaje de programación de propósito general que ofrece economía sintáctica, control de flujo y estructuras sencillas y un buen conjunto de operadores. No es un lenguaje de muy alto nivel y más bien un lenguaje pequeño, sencillo y no está especializado en ningún tipo de aplicación. Esto lo hace un lenguaje potente, con un campo de aplicación ilimitado y sobre todo, se aprende rápidamente. En poco tiempo, un programador puede utilizar la totalidad del lenguaje. Este lenguaje ha sido estrechamente ligado al sistema operativo UNIX, puesto que fueron desarrollados conjuntamente. Sin embargo, este lenguaje no está ligado a ningún sistema operativo ni a ninguna máquina concreta. Se le suele llamar lenguaje de programación de sistemas debido a su utilidad para escribir compiladores y sistemas operativos, aunque de igual forma se puede desarrollar cualquier tipo de aplicación. C trabaja con tipos de datos que son directamente tratables por el hardware de la mayoría de computadoras actuales, como son los caracteres, números y direcciones. Estos tipos de datos pueden ser manipulados por las operaciones aritméticas que proporcionan las computadoras. No proporciona mecanismos para tratar tipos de datos que no sean los básicos, debiendo ser el programador el que los desarrolle. Esto permite que el código generado sea muy eficiente y de ahí el éxito que ha tenido como lenguaje de desarrollo de sistemas. No proporciona otros mecanismos de almacenamiento de datos que no sea el estático y no proporciona mecanismos de entrada ni salida. Ello permite que el lenguaje sea reducido y los compiladores de fácil implementación en distintos sistemas. Por contra, estas carencias se compensan mediante la inclusión de funciones de librería para realizar todas estas tareas, que normalmente dependen del sistema operativo. Estructura básica de un programa en C La mejor forma de aprender un lenguaje es programando con él. El programa más sencillo que se puede escribir en C es el siguiente: main( ) { } Como nos podemos imaginar, este programa no hace nada, pero contiene la parte más importante de cualquier programa C y, además, es el más pequeño que se puede escribir y que se compile correctamente. En él se define la función main, que es la que ejecuta el sistema operativo al llamar a un programa C. El nombre de una función C siempre va seguida de paréntesis, tanto si tiene argumentos como si no. La definición de la función está formada por un bloque de sentencias, que está encerrado entre llaves {}. Un programa algo más complicado es el siguiente:

#include <stdio.h> main( ) { printf("Hola amigos!\n"); } Con el visualizamos el mensaje: Hola amigos! en el terminal. En la primera línea indica que se tengan en cuenta las funciones y tipos definidos en la librería stdio (standard input/output). Estas definiciones se encuentran en el fichero header stdio.h. Ahora, en la función main se incluye una única sentencia que llama a la función printf. Esta toma como argumento una cadena de caracteres, que se imprimen van encerradas entre dobles comillas " ". El símbolo \n indica un cambio de línea.

Los Operadores  Lógicos (Para programar se puede la palabra o el símbolo): And

&

Or

|

Not

!

(Xor)*No existe la palabra

^

 Relacionales: = > < >= <= !=

igual mayor que… menor que… mayor o igual que… menor o igual que… diferente a…  Aritméticas:

+ * / // % **

suma resta multiplicación división entera(cociente) división fraccionaria(cociente) modulo de la división elevar a una potencia

Estructura Selectiva Múltiple Bucle For

Le permite ejecutar una o más líneas de código de manera repetitiva. Puede repetir las instrucciones de una estructura de bucle hasta que una condición sea Verdadera, una condición tenga Falso, un número específico de veces o una vez para cada objeto en una colección. While La estructura While no se ejecuta al menos una vez que su bloque repetitivo, a diferencia de DoWhile que, si se puede ejecutar una vez, esta estructura de instrucciones siempre se repetirá mientras la condición sea verdadera. If-Else En la programación es una estructura de selección. Es una frase en inglés que dice 'si'. Esta expresión es responsable de evaluar las condiciones, si la condición es verdadera, el código se ejecuta, pero si es falso, se ejecuta otro código.

PIC C Compiler Que es PIC C Compiler PIC C Compiler es un inteligente y muy optimizado compilador C que contienen operadores estándar del lenguaje C y funciones incorporados en bibliotecas que son específicas a los registros de PIC, proporcionando a los desarrolladores una herramienta poderosa para el acceso al hardware las funciones del dispositivo desde el nivel de lenguaje C. El compilador CCS contiene más de 307 funciones integradas que simplifiquen el acceso al hardware, mientras que la producción eficiente y altamente optimizado código. Se incluyen funciones de hardware del dispositivo de características tales como:

* Temporizadores y módulos PWM * Convertidores A / D * de datos on-chip EEPROM * LCD controladores * Memoria externa buses * Entre otras...

Programa en C:

IDE PIC C Compiler

Simulación Proteus ¿Qué es Proteus? Proteus combina la facilidad de uso con potentes funciones para ayudarlo a diseñar, probar y diseñar PCB profesionales como nunca antes. Con cerca de 800 variantes de microcontroladores listas para la simulación directamente desde el esquema, Proteus Design Suite 8 ofrece el paquete de software completo para los ingenieros de hoy y mañana. Proteus Design Suite es una solución de software completa para simulación de circuitos y diseño de PCB. Comprende varios módulos para la captura esquemática, el firmware IDE y el diseño de PCB que aparecen como pestañas dentro de una aplicación única e integrada. Esto proporciona un flujo de trabajo AGILE sin problemas para el ingeniero de diseño y ayuda a que los productos lleguen al mercado más rápido. Los productos Proteus PCB Design incluyen tanto módulos de captura esquemática como de diseño de PCB y están diseñados para que sean fáciles de usar y potentes. Las características tales como un enrutador automático basado en clase mundial, visualización 3D, ajuste automático de red, fragmentos de diseño y variantes de ensamblaje le ahorran tiempo durante el diseño del producto. Mientras tanto, un potente sistema de reglas de diseño impone todas las reglas y permisos que pueda necesitar para su PCB. El enrutamiento de las pistas es completamente consciente de las reglas de diseño y la verificación del espacio en vivo facilita la localización y la corrección de cualquier infracción. Todos los productos de simulación Proteus utilizan el módulo de captura esquemática como circuito electrónico y nuestro motor SPICE de modo mixto personalizado para ejecutar la simulación. Proteus VSM permite que el microcontrolador también se simule en el esquema, mientras que Proteus IoT Builder permite el diseño y la prueba de la interfaz de usuario remota para el circuito. Para los ingenieros integrados, Proteus VSM cierra la brecha en el ciclo de vida del diseño entre la captura esquemática y el diseño de PCB. Le permite escribir y aplicar su firmware a un componente del microcontrolador en el esquema (PIC, AVR, ARM, 8051, etc.) y luego co-simular el programa dentro de una simulación de circuito SPICE de modo mixto. Para los académicos y el mercado de fabricantes, Proteus Visual Designer permite que los programas Arduino se escriban con métodos simples de diagramas de flujo y que los escudos Arduino se coloquen en el esquema con un clic del ratón. El sistema Arduino completo se puede simular, probar y depurar en el software. Proteus IoT Builder luego agrega la capacidad de crear una interfaz de usuario para que su teléfono o tableta interactúe con la electrónica de Arduino. Incluso puede probar esto controlando la simulación en ejecución desde su dispositivo móvil.

Simulación

Simulación en proteus del multímetro

Haciendo una lectura de Corriente

Para realizar el multímetro, se dividió en tres partes las cuales ambas con distintos arreglos enviaran una señal de voltaje al multímetro, esto para que en las entradas analógicas del PIC16F877A pueda leerlas a través de un adc, el cual a través de un cambio entre los 1024 bits que lee a 5 volts pueda interpretar la señal y mostrarla en la pantalla LCD. Parte de lectura de Voltaje

Para realizar el voltaje a medir, se utilizó un divisor de voltaje debido a que el PIC16F877A solo puede hacer una lectura de 1204 bits por lo tanto en la señal solo puede existir 5V sin que presente fallas, entonces se calculó un puente de voltaje para que en 133 V por lo tanto existe un rango de medición de 0 a 133 v. Se utilizó la fórmula: Vout = R2 * Vin / R1 + R2 Parte de lectura de Corriente

Para realizarla lectura de corriente se realizó un convertidor de corriente a voltaje utilizando un amplificador operacional 741 en la configuración no inversora, la cual consiste en conectar una resistencia en paralelo con la lectura de la corriente para que de acuerdo con el concepto de transformación de fuentes exista un voltaje el cual el amplificador operacional dará una señal de salida de 0 a 5 Volts en este caso y debido a las limitaciones en cuanto al uso de resistencias, usaremos una resistencia de aproximadamente 50 ohms para realizar una medición de 0 a 100 mA. La fórmula que se utilizó para calcular la salida de voltaje es: Vout = R * Iin Parte de lectura de Resistencia

Para realizar el lector de resistencia se volvió a utilizar un divisor de voltaje, pero ahora de forma un poco distinta ya que el divisor estará compuesto por una resistencia base y la resistencia medida, alimentada por 5V entonces de acuerdo a la fórmula de divisor de voltaje de acuerdo a como disminuya o aumente el voltaje será el valor de la resistencia el cual será calculada a través de la ley de Ohm de esta forma poder realizar la medición. Se utilizó la fórmula: Vout = R2 * Vin / R1 + R2 R = V/I

Prototipo

Circuito en baquelita perforada

Multímetro

Multímetro Encendido

Conclusiones

Fuentes de Información Boylestad, R. (2017). Introducción al análisis de circuitos. 12th ed. Naucalpan de Juárez: Pearson Educación. Proteus - PCB Design, Layout & Simulation software - Labcenter Electronics. (2018). Sacado de https://www.labcenter.com/ CCS Compiler v.5.015 Full. (2018). Sacado de http://aprendiendoelectronicafacil.blogspot.com/p/ccs-compiler-v.html rsequera20, M. (2018). Lenguaje C - Monografias.com. Sacado de https://www.monografias.com/trabajos4/lenguajec/lenguajec.shtml Andrade. (2018). Introducción. Sacado de https://es.slideshare.net/JMaldyAndrade/introduccin5602776 dannyherrera_s, M. (2018). Descripción del PIC 16F877 - Monografias.com. Retrieved from https://www.monografias.com/trabajos18/descripcion-pic/descripcion-pic.shtml