BÓLIDO ECOLÓGICO

PROYECTO DE INNOVACIÓN
BÓLIDO ECOLÓGICO
ALUMNOS:
JOSÉ BENÍTEZ ARTECHE.
ISABEL Mª BRACHO LINEROS.
Mª DEL CARMEN LÓPEZ MORENO.
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SISTEMAS DE INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA
5º DE RADIO
“BÓLIDO ECOLÓGICO”
ÍNDICE
1. PRESENTACIÓN
2. VENTAJAS
3. ESPECIFICACIONES
4. COMPONENTES
5. INTERRELACIÓN
6. EXPLORACIÓN DEL POSIBLE DISEÑO
6.1 Características
6.2 Placas solares
6.3 Motor
6.4 Telemando
6.5 Diagrama de bloques
7. PLACAS SOLARES
7.1 Modelo
7.2 Características
8. MOTOR
8.1 Características
8.2 Modelo
9. TELEMANDO
9.1 Característica
9.2 Los componentes externos
9.3 Hardware transmisor
9.4 Funcionamiento del joystick
9.5 Software transmisor
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5º DE RADIO
“BÓLIDO ECOLÓGICO”
9.6 Hardware receptor
9.7 Software receptor
9.8 Software receptor
9.9 Potencia consumida
9.10 Potencia consumida
9.11 Simplicidad circuital
9.12 Régimen de dato
9.13 Tipos de modulación de señales digitales
9.14 El receptor superheterodino Asignación de valores de control
de dirección
9.15 Diagrama Receptor
9.16 Puente H
9.17 Modelo
10. RUEDAS
10.1 Características
11. CHASIS
ANEXO I
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“BÓLIDO ECOLÓGICO”
PRESENTACIÓN
“BÓLIDO ECOLÓGICO”
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“BÓLIDO ECOLÓGICO”
“BÓLIDO”
•
Hipérbole
Una de las razones por la cual hemos elegido este término es para enfatizar
la similitud existente entre un vehículo real y nuestro diseño.
•
Capta
Es una forma de atraer la atención del cliente.
•
Sofisticado
El propio adjetivo da a entender la cualidad del producto.
“ECOLÓGICO”
•
Energía solar
El Sol, fuente de vida y origen de las demás formas de energía que el
hombre ha utilizado desde los albores de la Historia, puede satisfacer todas
nuestras necesidades, si aprendemos cómo aprovechar de forma racional la
luz que continuamente derrama sobre el planeta.
Durante el presente año, el Sol arrojará sobre la Tierra cuatro mil veces
más energía que la que vamos a consumir.
España, por su privilegiada situación y climatología, se ve particularmente
favorecida respecto al resto de los países de Europa, ya que sobre cada metro
cuadrado de su suelo inciden al año unos 1.500 kilovatios-hora de energía,
cifra similar a la de muchas regiones de América Central y del Sur. Esta
energía puede aprovecharse directamente, o bien ser convertida en otras
formas útiles como, por ejemplo, en electricidad.
No sería racional no intentar aprovechar, por todos los medios técnicamente
posibles, esta fuente energética gratuita, limpia e inagotable, que puede
liberarnos definitivamente de la dependencia de otras alternativas poco
seguras, contaminantes o, simplemente, agotables.
Es preciso, no obstante, señalar que existen algunos problemas que
debemos afrontar y superar. Hay que tener en cuenta que esta energía está
sometida a continuas fluctuaciones y a variaciones más o menos bruscas. Así,
por ejemplo, la radiación solar es menor en invierno, precisamente cuando más
la solemos necesitar.
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“BÓLIDO ECOLÓGICO”
Es de vital importancia proseguir con el desarrollo de la incipiente
tecnología de captación, acumulación y distribución de la energía solar, para
conseguir las condiciones que la hagan definitivamente competitiva, a escala
planetaria.
¿Qué se puede hacer con la energía solar?
Básicamente, recogiendo de forma adecuada la radiación solar,
podemos obtener calor y electricidad.
El calor se logra mediante los colectores térmicos, y la electricidad, a
través de los llamados módulos fotovoltaicos. Ambos procesos nada tienen
que ver entre sí, ni en cuanto a su tecnología ni en su aplicación.
Las «células solares», dispuestas en paneles solares, ya producían
electricidad en los primeros satélites espaciales. Actualmente se perfilan como
la solución definitiva al problema de la electrificación rural, con clara ventaja
sobre otras alternativas, pues, al carecer los paneles de partes móviles,
resultan totalmente inalterables al paso del tiempo, no contaminan ni producen
ningún ruido en absoluto, no consumen combustible y no necesitan
mantenimiento. Además, y aunque con menos rendimiento, funcionan también
en días nublados, puesto que captan la luz que se filtra a través de las nubes.
La electricidad que así se obtiene puede usarse de manera directa (por
ejemplo para sacar agua de un pozo o para regar, mediante un motor
eléctrico), o bien ser almacenada en acumuladores para usarse en las horas
nocturnas. Incluso es posible inyectar la electricidad sobrante a la red general,
obteniendo un importante beneficio.
Por otra parte, podemos hacer uso de la energía solar en otros ámbitos de
la vida cotidiana, como por ejemplo la utilización de la energía solar en el área
educativo.
Podemos “educar” tanto a mayores y pequeños en cuanto al uso de las
nuevas energías “limpias y renovables”, como por ejemplo utilizándola en
juguetes, aparatos electrodomésticos, etc. Esto nos lleva a nuestro propósito
principal en este proyecto, es decir la utilización de energía solar como fuente
de alimentación en nuestro “Bólido”.
•
Sensación Incólume
Por la creciente preocupación que existe para la eliminación del uso de los
productos contaminantes, como por ejemplo, ácidos de baterías, pilas, etc. Y
los problemas que conllevan el reciclado y su eliminación.
•
Actualidad
Ante la demanda actual que exige hoy en día la sociedad (cliente) que
requieren nuevas formas de energías no contaminantes y no agotables hemos
decidido elegir este sistema de modelo energético.
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VENTAJAS
Estas son algunas de las ventajas que hemos considerado de mayor relevancia
que han hecho que decidamos por optar a realizar y desarrollar este proyecto.
•
NO EXISTE ESTA INNOVACIÓN (Mirar Anexo I)
•
AHORRO EN PILAS.
•
ORIENTADO A JUGUETES.
•
VALOR EDUCATIVO.
•
VALOR ECOLÓGICO.
•
VALOR TECNOLÓGICO.
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ESPECIFICACIONES
Ahora pasamos a comentar algunas especificaciones, después de largos
debates, que llevaría el producto en sí.
•
ALIMENTACIÓN MEDIANTE ENERGÍA SOLAR
•
TELEDIRIGIDO (RADIOFRECUENCIA)
•
CONSTRUCCIÓN MODULAR USUARIO/CLIENTE.
•
COMPLEMENTOS: LIBROS, CD, MANUAL
•
DISEÑO PERSONALIZABLE.
•
ACTUALIZABLE.
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COMPONENTES
Las unidades principales del “Bólido” son las siguientes:
•
PLACAS DE ENERGÍA SOLAR
•
MOTOR CC
•
NEUMÁTICOS
•
CHASIS
•
CARCASA
•
MANDO DE RADIOFRECUENCIA
INTERRELACIÓN
Diagrama de bloques genérico del diseño tecnológico
Unidades principales:
PLACAS
SOLARES
TELEMANDO
MOTOR
TRACCIÓN
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EXPLORACIÓN DEL POSIBLE DISEÑO (CARACTERÍSTICAS)
l Placas Solares: Posibilidad de acumuladores.
Posibilidad de colocar acumuladores, para observar y comparar el
funcionamiento del “Bólido” con y sin acumuladores, ya que sería de gran
valor didáctico, pudiendo así constatar el valor de la energía solar.
l Motor: Consumo, tamaño.
El motor a seleccionar, ha de ser compatible con la placa solar que vamos a
utilizar. Para ello hay que tener en cuenta una serie de características que
veremos posteriormente.
l Telemando: Radio control y tipo de diseño.
Es una de las partes más importantes del “Bólido”, ya que con ello lo
podremos manejar a distancia. Y comprobaremos de forma sencilla como
funciona un radio-control.
PLACAS SOLARES
l Tensión de Salida (V)
l Intensidad máxima (I)
l V * I = Potencia
MOTOR
Como mencionamos anteriormente, el motor ha de ser compatible con la
placa solar y además ha de ser lo suficientemente potente como para poder
con el “Bólido”, es decir que no “sufra” en condiciones adversas, para ello
tendremos en cuenta una serie de características, como son las siguientes:
l Corriente Continua (DC)
Ha de ser de de corriente Continua, con un valor de 12 V, ya que la
placa suministra esa tensión.
l Tamaño del motor
Es uno de los puntos que tenemos que considerar más importante, a
parte del peso, potencia suministrada, etc., ya que tenemos que tener en
cuenta que el chasis del “Bólido”, no debe superar ciertas medidas, las
cuales hemos de suponer adecuadas para el fácil manejo del usuario.
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l Revoluciones (por unidad de tiempo), depende de la masa del bólido
El número de revoluciones por unidad de tiempo es una de las
características más críticas del motor, ya que dependiendo de la masa del
“Bólido” tendremos que seleccionar un modelo u otro.
l Intensidad máxima
l Potencia consumida
l Potencia suministrada (W * Q)
l Acople de motor y placas
l Sistema de interrupción del funcionamiento del motor.
l Peso
TELEMANDO
l Conmutador (Marcha - Paro)
l Dirección de ruedas
l Cambio de velocidad
l Antena
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DIAGRAMA DE BLOQUES
PLACAS
SOLARES
CONTROL
EMISOR
RECEPTOR
CONMUTADOR
ON / OFF
MOTOR
RUEDAS
ACTUADOR
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MOTOR
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Características a tener en cuenta en la elección del
motor
n Corriente Continua (DC) - 12 Voltios
n Velocidad de Giro del motor
n Potencia suministrada
n Dimensiones
n Peso
n Temperatura óptima de funcionamiento
Dimensiones y Peso del Motor
§
Peso: 0,5 Kg
§
Dimensiones:
n Velocidad de Giro del motor: A plena carga tiene 1500 r.p.m.
n Potencia suministrada:
o Funcionamiento continuo: 7.5 Vatios (W)
o Funcionamiento 1 Hora: 10 W
o Funcionamiento 15 minutos: 13 W
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n Temperatura óptima de funcionamiento: A temperatura ambiente de 40
º, el motor se elevaría a 115º
n Corriente Continua à 12 v (compatibilidad con placa solar)
n Posibilidad de invertir el giro del motor.
MODELO SELECCIONADO
El modelo seleccionado es el PM 7,
marca ERMEC.
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PLACAS SOLARES
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CÉLULAS FOTOVOLTAICAS
ENERGÍA ELÉCTRICA
Forma directa
Placas fotovoltaicas de captar y transformarla la energía solar en energía
eléctrica.
Para que una célula solar expuesta al sol produzca energía eléctrica
debe reunir las siguientes tres características fundamentales:
a) Ser capaz de absorber una fracción importante de la radiación solar para
que la generación de pares electrón-hueco sea eficiente.
b) Tener un campo eléctrico interno que separe las dos cargas impidiendo su
posterior recombinación.
c) Finalmente, las cargas separadas deben ser capaces de viajar a través de la
oblea hasta los electrodos superficiales desde donde pasan al circuito exterior.
Aunque en la práctica las células solares de mayor utilización son las de
Si monocristalino, desde 1954 a la fecha se han ensayado y desarrollado una
gran variedad de nuevos tipos, modelos y conceptos de células solares. Estas
se pueden fabricar de diferentes geometrías según las necesidades.
Debido a que una célula solar genera corrientes y tensiones pequeños,
éstas no son los elementos que se utilizan en las aplicaciones prácticas, sino
que, con objeto de lograr potencias mayores, se acoplan en serie o en paralelo
para obtener mayores tensiones y corrientes formando lo que se denomina
módulo fotovoltaico, que es el elemento que se comercializa. A la vez, estos
módulos se conectan en serie o en paralelo para obtener las tensiones y
corrientes que nos den la potencia deseada. Módulos en serie aumentan el
voltaje y conservan la misma corriente, mientras que módulos en paralelo
aumentan la corriente, conservando el mismo voltaje. Los módulos
generalmente se fabrican para tener una salida de 12 V dc.
Aspectos a tener en cuenta son:
a). Un módulo fotovoltaico puede generar energía en días nublados,
aunque su rendimiento baja con respecto a un día soleado.
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b). La elevación del lugar donde se instala no tiene ninguna relación con la
eficiencia del sistema, es decir que la altura a la que van a ser instalados la
células fotovoltaicas no va a influir en el rendimiento. Los paneles se instalan a
cierta altura para salvar sombras y tener así un contacto directo con el sol. Si
usted escoge un lugar para los módulos, asegúrese que tiene la luz directa a
las superficies de los módulos. La luz filtrada como por ejemplo a través del
follaje de los árboles va a disminuir mucho el rendimiento del módulo. La
instalación de los módulos se hace con preferencia en una zona fuera del
camino principal, como en el techo o una pared expuesta al sol. Si su casa
recibe mucha sombra se pueden montar los módulos a cierta distancia de la
vivienda, como en un poste. Es también importante mantener un espacio de
2,5 cm entre el módulo y el soporte para que se mantenga un flujo de aire.
c). Otro factor importante es la inclinación del panel fotovoltaico, éste debe
tener una inclinación de 15º en verano y 60º en invierno con respecto a la
horizontal. Esto es debido a que captar los rayos solares perpendiculares a la
placa fotovoltaico nos dará un rendimiento optimo al sistema. Ajuste su módulo
directamente al sol. Incline el módulo de tal manera que el ángulo de
inclinación este correctamente en la hora del mediodía. Si no quiere ajustar la
instalación cada estación del año, use el ángulo de inclinación de invierno.
MODELO:
•
“mini” PANELES SOLARES FOTOVOLTAICOS DE CAPA DELGADA
DE SILICIO AMORFO.
•
(200W/m2 Y 1000 W/m2).
•
10X10cm.
•
95 gr.
•
Potencia máxima: 10W.
•
Tensión máxima: 12V.
•
Corriente máxima: 0.83A.
•
Precio: bajo pedido.
•
Empresa: EUROPEA DE TÉCNICAS AMBIENTALES, S.L.
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CARACTERÍSTICAS
•
Ideales para la industria de integración.
•
Totalmente herméticos.
•
Condición meteorológica: -40º C y +85º C.
•
Marco Inoxidable de 5mm.
•
Cable de conexión de 1m.
•
Excelente calidad.
•
Larga duración.
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TELEMANDO
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Característica
Los requisitos del radiocontrol, son los siguientes:
ü Modulador digital FSK
ü Alcance de al menos 50 m.
ü 1 joystyck como controlador
ü Manejable y poco consumo
ü Barato
Los componentes externos son:
ü Cristal de cuarzo de 4 mhz y 2 condensadores.
ü 1 puentes en h para mover motores de contínua.
ü 4 diodos asociados a los puentes en h.
ü Circuito de reset del pic formado por pulsador,
condensador y dos resistencias.
ü Conectores para alimentación y conexión de motores.
ü Antena superheterodina, sensibilidad de 2 µv.
(-100 dbm) con 5v y 3,5 ma de consumo (50 ohmios y 34 cm).
Hardware transmisor:
ü La palanca mueve unos potenciómetros.
ü Este potenciómetro crea una variación de resistividad entre sus patillas
(información de la posición del J.S).
ü Esta información se digitaliza mediante el conversor analógico digital
(ADC), y se lleva a la memoria.
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ü El micro con modulador integrado (en UHF).es el rfpic12c509, a 2 Kbps
en FSK Y 12 dBm.
ü El PIC con modulador envía la señal a la antena.
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Funcionamiento del joystick
El JS crea una palabra a la salida dependiendo de la posición del mando
11010010
01 00
0010
1111
SALIDA
DE BITS
HACIA
EL
MODUL
ENTRADA
ENTRADA
PROCEDENTE
PROCEDE
DEL
NTEJS
DE JS
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Software transmisor
n Los datos recibidos del ADC se coloca cada uno en su registro
n se muestrean los potenciómetros de los mandos secuencialmente
n el resultado de la muestra se guarda en registros de memoria RAM
resolución
n constan entonces de 8 bits de datos más al menos 3 de detección y
corrección de errores
n Los cambios de programa o parámetros ejecuta en sus primeras
instrucciones el programa bootloader Al resetear, es lo primero que se
ejecuta
n Espera datos provenientes de un PC por puerto serie y si llega algo, lo
guarda en memoria de programa.
n En caso de no recibir nada, continúa con el funcionamiento normal.
Hardware receptor
n Un receptor superheterodino de sensibilidad mejor que 2 µV (-100 dBm)
con 5v y 3,5 mA de consumo.
n La antena debe ser de 50 ohmios
n Una antena de 34 cm y 50 Homs
n En caso de querer mejor enlace un dipolo doblado.
Software receptor
n Los datos recibidos se pasan directamente al PIC de a bordo, un 16F877
por el pin correspondiente.
n Las órdenes llegan a 2 Kbps, inercia para cambiar sus movimientos
unas 22 veces por segundo.
n El 1er paso antes de empezar, es sincronizar Tx y Rx.
n Primero se envía una trama de sincronización de 16 bits, formados por:
n 4 bits de inicio 0101, 8 bits de sincronización 01010101 y 4 bit de final
0010.
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n El PIC recibe la secuencia de inicio 0101 y activa un contador de tiempo.
n A continuación recibe cuatro unos. El tiempo transcurrido es de 8 bits.
n Se divide el tiempo por 8 y se guarda esa cifra como "tiempo de bit”.
n se carga el temporizador con el tiempo de bit.
n Como el Pic va mucho más rápido que el flujo de información, le da
tiempo a realizar otras tareas mientras llega el siguiente bit.
n Entre ellas destaco:
ü Llevar las órdenes al generador de PWM para mover los motores,
servos de dirección u otros actuadores.
ü Capacidad para dotar al vehículo donde vaya instalado de autonomía
total, es decir, que sea capaz de moverse o mantenerse en ruta sin
manipulación desde el exterior, sólo con la información de los sensores
o con la ruta especificada por nosotros, interactuando con el entorno.
Modulación
l ASK tiene un lóbulo principal, centrado a la frecuencia portadora y
lóbulos laterales importantes.
l La forma de este espectro es la del módulo de una función más ancha
cuanto mayor sea la frecuencia de los datos.
l En FSK existen dos lóbulos principales, alrededor de cada una de las
frecuencias usadas para representar el "0" o el "1“
l El espectro de una FSK es análogo al de la suma de dos señales ASK,
una en cada frecuencia, moduladas con valores opuestos), y el ancho de
cada lóbulo también es mayor cuanto mayor sea la tasa de transmisión
de datos.
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Potencia consumida
l ASK consume potencia en forma pulsante desde el punto de vista de
consumo de batería la transmisión ASK
l FSK el consumo es continuo y constante, permite que el receptor tenga
circuitos de AGC, realice una mejor discriminación y una mejor
recepción, con menor tasa de error.
Simplicidad circuital
l Tanto la transmisión como la recepción de ASK suelen poder se realiza
de forma más simple que FSK.
l La transmisión, con los circuitos integrados actuales esta diferencia ha
disminuido hasta hacerse casi indistinguible; desde el punto de vista de
la recepción, demodular FSK todavía es algo -sólo un poco- más
complejo que demodular ASK.
Régimen de datos
l La operación ASK involucra conmutación ON/OFF que limitan la
velocidad a pocos kilobits/seg.
l FSK las transiciones es suaves, lográndose decenas de kb/seg.
l En estos métodos la información no se transmite en forma vi-nivel (dos
frecuencias, dos fases o dos amplitudes) sino en forma multi-nivel, con
lo que en cada tiempo se transmiten varios bits.
Tipos de modulación de señales digitales
Ø Quadrature Amplitude Modulation (QAM Modulation)
Ø Phase Shift Keying (PSK) Modulation
Ø Binary Phase Shift Keying (BPSK) Modulation
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Ø Quadriphase Shift Keying (QPSK) Modulation
Ø Differential Phase Shift Keying (DPSK) Modulation DBPSK, DQPSK, ...
Ø Gaussian Mínimum Shift Keying (GMSK) Modulation
El receptor superheterodino
l Su funcionamiento, de forma resumida, es el siguiente:
Ø La señal de antena es filtrada para dejar pasar sólo las señales
deseadas
Ø La señal filtrada es amplificada mediante un amplificador de bajo ruido
(LNA: Low Noise Amplifier)
Ø Esta banda es multiplicada por la señal de un oscilador local LO (menor
a RF).
Ø se genera una señal formada por la suma de dos componentes, RF+LO
y RF-LO.
Ø Mediante filtros RF+LO es descartada y RF-LO (frecuencia intermedia o
FI) es amplificada y a la vez filtrada con un filtro paso-banda.
Ø Después se pasa a un limitador que elimina cualquier vestigio de
modulación y deja sólo una onda cuadrada.
Ø RSSI (Received Signal Strength Indicator) se usa para controlar la
ganancia del amplificador para evitar saturación ante señales de entrada
fuertes.
Ø Para demodular FSK se emplea un circuito resonante en la frecuencia
de FI, y luego pasa por un comparador para generar los datos de salida
(Data Slicer de FSK).
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Asignación de valores de control de dirección
El programa lo único que hace es con la información que llega al modulo
receptor, por medio de 4 bits, se dan las palabras de control de los motores y
de los relevadores para el manejo del puente H y un bit es usado para el
taladro de ataque.
El puente H esta diseñado por medio de relevadores, son relevadores dobles
en un mismo encapsulado, con dos señales de control le decimos al motor,
adelante o atrás.
Control de los motores :
P37 P36 P35 P34 | P33 P32 P31
P30
0 0 0 0 | 1 0 1 0 / Derecho
0 0 0 0 | 0 0 1 0 / Giro derecha
0 0 0 0 | 1 0 0 0 / Giro izquierda
0 0 0 0 | 1 1 1 0 / Giro derecha
(sobre su eje)
0 0 0 0 | 1 0 1 1 / Giro izquierda
(sobre su eje)
0 0 0 0 | 1 1 1 / Atrás
Relevador1 PWM1 Relevador2 PWM2
0
0
0
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
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DIAGRAMA RECEPTOR:
Puente H:
l Los relevadores no conmutan tan rápido como los transistores, pero
para la velocidad que necesita, es lo suficientemente rápido. Se
seleccionaron los relevadores porque es mas sencillo configurar el
puente H
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RUEDAS
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MODELO Y CARACTERÍSTICAS
•
Modelo: 16.00 R 20 AT-2A (marca Goodyear).
•
Construcción: Radial
•
Carga máxima: 5 Kg.
•
1 Capas de acero de la pisada
•
1 capa de acero de la pared lateral
•
Sin cámara de aire
•
Diámetro: 5 cm.
RUEDAS LISAS
•
Opción : Michelín
•
Especializado en ruedas de coches solares.
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CHASIS
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Dentro de la amplia gama del posible diseño hemos optado por ilustrar algunos
ejemplos de chasis ya existentes para incluirlos en nuestra elección en
principio, dependiendo de un posterior estudio sobre futuras tendencias del
cliente.
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ANEXO I
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ANEXO I: “BÚSQUEDA DE PATENTE”
Realizamos la búsqueda de la patente en la siguiente dirección:
www.wipo.int/classifications/fulltext/new_ipc/ipc7/ea63h.htm
El resultado de dicha búsqueda fue “Negativo”, por lo que podemos
afirmar que el “Bólido Ecológico” es efectivamente algo innovador. Llegándose
a ser posible el estudio de la patente.
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