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Contenido
Prefacio
CAPÍTULO 1 Introducción a la mecatrónica
OBJETIVOS DEL CAPÍTULO:
1.1 INTRODUCCIÓN
1.2 EJEMPLOS DE SISTEMAS MECATRÓNICOS
Robots industriales
Robots móviles
Escáner
Compuerta de estacionamiento
1.3 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL TEXTO
PREGUNTAS
PROBLEMAS
CAPÍTULO 2 Circuitos análogos y componentes
OBJETIVOS DEL CAPÍTULO:
2.1 INTRODUCCIÓN
2.2 ELEMENTOS DE UN CIRCUITO ANÁLOGO
2.3 INTERRUPTORES MECÁNICOS
2.4 ANÁLISIS DE CIRCUITOS
2.5 CIRCUITOS EQUIVALENTES
2.6 IMPEDANCIA
2.7 SEÑALES AC
2.8 ENERGÍA EN CIRCUITOS
2.9 AMPLIFICADORES OPERACIONALES
2.9.1 OP-AMP COMPARADOR
2.9.2 OP-AMP INVERSOR
2.9.3 OP-AMP NO INVERSOR
2.9.5 OP-AMP INTEGRADOR
2.9.6 AMPLIFICADOR DE ENERGÍA
2.10 PUESTA A TIERRA
2.11 SOLENOIDES Y RELÉS
2.11.1 SOLENOIDES
2.11.2 RELÉS ELECTROMECÁNICOS
2.12 RESUMEN DEL CAPÍTULO
PREGUNTAS
PROBLEMAS
CAPÍTULO 3 Dispositivos electrónicos semiconductores y circuitos digitales
OBJETIVOS DEL CAPÍTULO:
3.1 INTRODUCCIÓN
3.2 DIODOS
3.2.1 DIODO ZENER
3.2.2 LED
3.2.3 FOTODIODO
3.3 TIRISTORES
3.4 TRANSISTOR DE UNIÓN BIPOLAR
3.4.1 CIRCUITO DE CONMUTACIÓN CON TRANSISTORES
3.4.2 CIRCUITO SEGUIDOR EMISOR
3.4.3 SALIDA DE COLECTOR ABIERTO
3.4.4 FOTOTRANSISTOR, FOTOINTERRUPTOR Y OPTOAISLADOR
3.5 TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO SEMICONDUCTOR DE ÓXIDO DE METAL
3.6 CIRCUITOS LÓGICOS COMBINACIONALES
3.6.1 ÁLGEBRA BOOLEANA
3.6.2 GENERACIÓN DE FUNCIÓN BOOLEANA A PARTIR DE TABLAS DE VERDAD
3.6.3 MULTIPLEXORES Y DECODIFICADORES
3.7 CIRCUITOS LÓGICOS SECUENCIALES
3.8 FAMILIAS DE CIRCUITOS
3.9 DISPOSITIVOS DIGITALES
3.10 CONTROLADORES DE PUENTE H
3.11 RESUMEN DEL CAPÍTULO
PREGUNTAS
PROBLEMAS
EJERCICIOS EN EL LABORATORIO/PROGRAMACIÓN
CAPÍTULO 4 Microcontroladores
OBJETIVOS DEL CAPÍTULO:
4.1 INTRODUCCIÓN
4.2 SISTEMAS DE NUMERACIÓN
4.2.1 SISTEMA DECIMAL
4.2.2 SISTEMA BINARIO
4.2.3 SISTEMA HEXADECIMAL
4.2.4 REPRESENTACIÓN DE NÚMEROS NEGATIVOS
4.2.5 REPRESENTACIÓN DE NÚMEROS REALES
4.3 MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES
4.4 MICROCONTROLADOR PIC
4.4.1 FAMILIAS DE MICROCONTROLADORES PIC
4.4.2 DISTRIBUCIÓN DE TERMINALES
4.4.3 COMPONENTES PIC MCU
4.4.4 FUENTE DEL RELOJ/OSCILADOR
4.4.5 OPERACIÓN I/O Y A/D
4.4.6 SALIDA PWM Y OPERACIONES DE REINICIO
4.5 PROGRAMACIÓN DEL MICROCONTROLADOR PIC
4.5.1 PROGRAMADORES
4.5.2 GESTORES DE ARRANQUE
4.6 PROGRAMACIÓN EN LENGUAJE C
4.6.1 FUNCIONES PIC-C I/O
4.6.2 FUNCIONES PIC-C A/D
4.6.3 FUNCIONES DE SINCRONIZACIÓN PIC-C
4.6.4 FUNCIONES PIC-C PWM
4.7 DISPOSITIVOS Y CARACTERÍSTICAS PIC MCU
4.7.1 MEMORIA DE DATOS
4.7.2 DATOS EEPROM
4.7.3 MEMORIA DEL PROGRAMA
4.7.4 RETRASOS Y TEMPORIZADORES
4.7.5 SINCRONIZACIÓN PWM Y CICLO DE TRABAJO
4.7.6 TEMPORIZADOR DE VIGILANCIA (WATCHDOG)
4.7.7 AHORRO DE ENERGÍA
4.7.8 A/E/USART
4.7.9 COMPARADOR ANALÓGICO
4.7.10 INTERFAZ DEL PUERTO SERIAL SÍNCRONO (SSP)
4.8 INTERRUPCIONES
4.8.1 APLICACIONES DE LAS INTERRUPCIONES
4.8.2 PROCESAMIENTO DE INTERRUPCIONES
4.8.3 MANEJO DE INTERRUPCIONES PIC-C
4.9 PROGRAMACIÓN EN LENGUAJE ENSAMBLADOR
4.9.1 INSTRUCCIONES EN LENGUAJE ENSAMBLADOR
4.9.2 EJEMPLOS DE PROGRAMACIÓN EN LENGUAJE ENSAMBLADOR
4.9.3 INTEGRACIÓN DE LENGUAJE C Y ENSAMBLADOR
4.9.4 INSTRUCCIONES EN LENGUAJE ENSAMBLADOR PIC18
4.10 RESUMEN DEL CAPÍTULO
PREGUNTAS
PROBLEMAS
EJERCICIOS EN EL LABORATORIO/PROGRAMACIÓN
CAPÍTULO 5 Adquisición de datos y establecimiento de interfaz microcontrolador/PC
OBJETIVOS DEL CAPÍTULO:
5.1 INTRODUCCIÓN
5.2 TEORÍA DE MUESTREO
5.3 CONVERTIDOR ANALÓGICO-DIGITAL
5.3.1 CARACTERÍSTICAS A/D
5.3.2 OPERACIÓN A/D
5.3.3 CONFIGURACIÓN DE LA SEÑAL DE ENTRADA A/D
5.4 CONVERTIDOR DIGITAL-ANALÓGICO
5.4.1 CARACTERÍSTICAS D/A
5.4.2 OPERACIÓN D/A
5.5 PUERTO PARALELO
5.6 PROGRAMACIÓN DE LA TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS
5.7 PUERTO EN SERIE USART
5.8 INTERFAZ PERIFÉRICA EN SERIE
5.9 INTERFAZ DE CIRCUITO INTERINTEGRADO
5.10 COMUNICACIÓN USB
5.10.1 ESTÁNDARES Y TERMINOLOGÍA USB
5.10.2 TRANSFERENCIA DE DATOS USB
5.10.3 MODOS DE TRANSFERENCIA
5.10.4 SOPORTE USB EN MICROCONTROLADORES PIC
5.11 CONEXIÓN DE RED
5.11.1 ESTRUCTURA Y OPERACIÓN
5.11.2 SOPORTE DE PROGRAMACIÓN VBE
5.12 RESUMEN DEL CAPÍTULO
PREGUNTAS
PROBLEMAS
EJERCICIOS EN EL LABORATORIO/PROGRAMACIÓN
CAPÍTULO 6 Software de control
OBJETIVOS DEL CAPÍTULO:
6.1 INTRODUCCIÓN
6.2 TIEMPO Y TEMPORIZADORES
6.3 FUNCIONES DE SINCRONIZACIÓN
6.3.1 IMPLEMENTACIÓN DEL TEMPORIZADOR EN MATLAB
6.3.2 IMPLEMENTACIÓN DEL TEMPORIZADOR EN VBE
6.3.3 PERFORMANCE COUNTER
6.3.4 SINCRONIZACIÓN EN MICROCONTROLADOR DE PC
6.4 TAREAS DE CONTROL
6.4.1 TAREAS DE CONTROL DE EVENTO DISCRETO
6.4.2 TAREAS DE CONTROL DE RETROALIMENTACIÓN
6.5 ESCANEO DE TAREA
6.5.1 REQUISITOS
6.5.2 IMPLEMENTACIÓN
6.6 ORGANIZACIÓN DEL ESTADO
6.7 IMPLEMENTACIÓN DE LA TAREA DE CONTROL EN SOFTWARE
6.7.1 IMPLEMENTACIÓN EN MATLAB
6.7.2 IMPLEMENTACIÓN EN VBE
6.7.3 IMPLEMENTACIÓN EN UN MICROCONTROLADOR PIC
6.8 MULTITASKING
6.9 SUBPROCESOS EN VBE
6.9.1 BACKGROUNDWORKER
6.9.2 CLASE SUBPROCESO
6.10 INTERCAMBIO DE RECURSOS
6.11 SISTEMAS OPERATIVOS EN TIEMPO REAL
6.11.1 SISTEMA PIC-C RTOS
6.11.2 THREADX
6.12 INTERFAZ GRÁFICA DE USUARIO
6.12.1 INTERFAZ GRÁFICA DE USUARIO MATLAB
6.12.2 INTERFAZ GRÁFICA DE USUARIO VBE
6.13 RESUMEN DEL CAPÍTULO
PREGUNTAS
PROBLEMAS
EJERCICIOS EN EL LABORATORIO/PROGRAMACIÓN
CAPÍTULO 7 Sensores
OBJETIVOS DEL CAPÍTULO:
7.1 INTRODUCCIÓN
7.2 TERMINOLOGÍA DE DESEMPEÑO DEL SENSOR
7.2.1 CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS
7.2.2 CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS
7.3 MEDICIÓN DEL DESPLAZAMIENTO
7.3.1 POTENCIÓMETROS
7.3.2 LVDT
7.3.3 CODIFICADOR INCREMENTAL
7.3.4 CODIFICADOR ABSOLUTO
7.3.5 RESOLUTOR
7.4 MEDICIÓN DE PROXIMIDAD
7.4.1 SENSORES DE EFECTO HALL
7.4.2 SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS
7.4.3 SENSORES ULTRASÓNICOS
7.4.4 SENSORES DE PROXIMIDAD TIPO CONTACTO
7.5 MEDICIÓN DE VELOCIDAD
7.5.1 TACÓMETRO
7.5.2 CODIFICADOR
7.6 MEDICIÓN DE DEFORMACIÓN
7.7 MEDICIÓN DE FUERZA Y TORQUE
7.7.1 SENSORES DE FUERZA
7.7.2 SENSOR DE FUERZA RESISTIVO
7.7.3 SENSORES DE TORQUE
7.8 MEDICIÓN DE TEMPERATURA
7.8.1 TERMISTORES
7.8.2 TERMOPARES
7.8.3 RTD
7.8.4 SENSORES DE TEMPERATURA IC
7.9 MEDICIÓN DE VIBRACIÓN
7.9.1 PRINCIPIO OPERATIVO DE MASA SÍSMICA
7.9.2 ACELERÓMETROS PIEZOELÉCTRICOS
7.9.3 ACELERÓMETROS DE CIRCUITO INTEGRADO (IC)
7.10 ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL
7.10.1 FILTRADO
7.10.2 AMPLIFICACIÓN
7.10.3 CIRCUITOS PUENTE
7.11 SALIDA DEL SENSOR
7.12 RESUMEN DEL CAPÍTULO
PREGUNTAS
PROBLEMAS
EJERCICIOS EN EL LABORATORIO/PROGRAMACIÓN
CAPÍTULO 8 Actuadores
OBJETIVOS DEL CAPÍTULO:
8.1 INTRODUCCIÓN
8.2 MOTORES DC
8.2.1 MOTOR DC CON ESCOBILLA
8.2.2 MOTOR DC SIN ESCOBILLA
8.2.3 SERVOACCIONAMIENTOS
8.2.4 CONTROL PWM DE MOTORES DC
8.3 MOTORES AC
8.4 MOTORES A PASOS
8.4.1 MÉTODOS DE ACCIONAMIENTO
8.4.2 CABLEADO Y AMPLIFICADORES
8.5 OTROS TIPOS DE MOTOR
8.6 SELECCIÓN DEL ACTUADOR
8.7 RESUMEN DEL CAPÍTULO
PREGUNTAS
PROBLEMAS
EJERCICIOS EN EL LABORATORIO/PROGRAMACIÓN
CAPÍTULO 9 Control de retroalimentación
OBJETIVOS DEL CAPÍTULO:
9.1 INTRODUCCIÓN
9.2 CONTROL DE LAZO ABIERTO Y DE LAZO CERRADO
9.3 DISEÑO DE SISTEMAS DE CONTROL DE RETROALIMENTACIÓN
9.4 FUNDAMENTOS DEL CONTROL
9.5 CONTROLADOR PID
9.5.1 CONTROL DE VELOCIDAD DE UNA INERCIA
9.5.2 CONTROL DE POSICIÓN DE UNA INERCIA
9.6 IMPLEMENTACIÓN DIGITAL DE UN CONTROLADOR PID
9.7 NO LINEALIDADES
9.7.1 SATURACIÓN
9.7.2 FRICCIÓN NO LINEAL
9.8 OTROS ESQUEMAS DE CONTROL
9.8.1 CONTROLADOR DE ENCENDIDO/APAGADO
9.8.2 CONTROLADOR RETROALIMENTADO DE ESTADO
9.9 RESUMEN DEL CAPÍTULO
PREGUNTAS
PROBLEMAS
EJERCICIOS EN EL LABORATORIO/PROGRAMACIÓN
CAPÍTULO 10 Proyectos mecatrónicos
OBJETIVOS DEL CAPÍTULO:
10.1 INTRODUCCIÓN
10.2 MESA ROTATORIA ACCIONADA POR UN MOTOR A PASOS
10.2.1 OBJETIVOS DEL PROYECTO
10.2.2 DESCRIPCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN
10.2.3 CIRCUITO DE LA INTERFAZ
10.2.4 COMANDOS DE OPERACIÓN
10.2.5 CÓDIGO DEL MICROCONTROLADOR
10.2.6 RESULTADOS
10.2.7 LISTA DE PARTES NECESARIAS
10.3 SISTEMA DISPENSADOR DE PAPEL QUE UTILIZA UN RODILLO ACCIONADO POR UN MOTOR DC CONTROLADO POR POSICIÓN
10.3.1 OBJETIVOS DEL PROYECTO
10.3.2 DESCRIPCION DE LA CONFIGURACIÓN
10.3.3 INTERFAZ DE USUARIO
10.3.4 PERFIL DE MOVIMIENTO
10.3.5 SOFTWARE DE CONTROL
10.3.6 MODELADO Y SIMULACIÓN DEL SISTEMA
10.3.7 SIMULACIÓN DE CONTROLADOR DE RETROALIMENTACIÓN EN MATLAB
10.3.8 RESULTADOS
10.3.9 LISTA DE PARTES NECESARIAS
10.4 SISTEMA DE CALEFACCIÓN DE TEMPERATURA CONTROLADA QUE UTILIZA UNA BOBINA DE CALENTAMIENTO, UNA PLACA DE COBRE Y UN SENSOR DE TEMPERATURA
10.4.1 OBJETIVOS DEL PROYECTO
10.4.2 DESCRIPCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN
10.4.3 INTERFAZ DE USUARIO VBE PC
10.4.4 CÓDIGO DEL MICROCONTROLADOR
10.4.5 MODELADO Y SIMULACIÓN DEL SISTEMA FÍSICO
10.4.6 SIMULACIÓN DEL CONTROLADOR EN MATLAB
10.4.7 RESULTADOS
10.4.8 LISTA DE PARTES NECESARIAS
10.5 RESUMEN DEL CAPÍTULO
BIBLIOGRAFÍA
RESPUESTAS A LOS PROBLEMAS SELECCIONADOS
APÉNDICE A Visual Basic Express
A.1 INTRODUCCIÓN
A.2 APLICACIÓN CONSOLE
A.3 APLICACIONES WINDOWS FORMS
A.4 ARCHIVOS Y ESTRUCTURA DEL DIRECTORIO
A.5 VARIABLES
A.6 OPERADORES
A.7 CICLADO E INSTRUCCIONES CONDICIONALES
A.8 FUNCIONES Y SUBPROCEDIMIENTOS
A.9 OBJETOS Y CLASES
A.10 MANEJO DE ERRORES
A.11 PROGRAMACIÓN DE GRÁFICAS
A.12 CONTROLES TOOLBOX
A.13 ENTRADA/SALIDA DEL ARCHIVO
APÉNDICE B Respuesta del sistema
B.1 TIEMPO DE RESPUESTA DE LOS SISTEMAS DE PRIMER ORDEN
B.2 TIEMPO DE RESPUESTA DE LOS SISTEMAS DE SEGUNDO ORDEN
B.3 RESPUESTA DE LA FRECUENCIA
APÉNDICE C Simulación de sistemas dinámicos MATLAB
C.1 SOLUCIÓN DE ECUACIONES DIFERENCIALES EN MATLAB
C.1.1 MÉTODO DE SOLUCIÓN DE ESPACIO DE ESTADO
C.1.2 INTEGRACIÓN DIRECTA MEDIANTE SOLUCIONADORES ODE
C.1.3 MÉTODOS DE FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA
C.2 REPRESENTACIÓN DE DIAGRAMA DE BLOQUES Y SIMULACIÓN EN MATLAB
APÉNDICE D Código ASCII de 7 bits
ÍNDICE ANALÍTICO
TABLAS