Como muchas personas lo conocen, el ascensor o elevador es un sistema
vertical, cuyo objetivo es transportar personas u objetos en diferentes
niveles. Su principio base se relaciona a un conjunto de piezas mecánicas como
ruedas y poleas. Nuestro trabajo es la unión del conocimiento adquirido por la
humanidad en los últimos siglos, combinando dispositivos electrónicos con
elementos mecánicos para crear sistemas automatizados que faciliten nuestro
diario vivir. No ha sido fácil su
desarrollo, por eso, queremos compartir con ustedes el desarrollo de un
prototipo de 3 niveles utilizando dispositivos FPGA
Haremos una breve descripción de nuestro componente
principal, las FPGA. Estos son dispositivos que internamente se componen de
cables, puertas lógicas, biestables y puertos de entrada y salida, dependiendo
su referencia unas pueden contar con más salidas, comunicación VGA, entre
otros. Una de las mayores ventajas en su flexibilidad al programar y
reprogramar las veces que se requiera, descartando el hecho de que su lógica se
vea afectada.
Luego de tener claridad del alcance
de nuestra FPGA, empezamos a plantear su programación por medio de máquinas de
estado.
No profundizaremos en su
clasificación, pero las máquinas de estado es un modo de diseño para circuitos
complejos que dependen de variables externas u/o internas, estas se definen a
gusto del programador.
En la imagen siguiente es una vaga descripción física
de lo que compone nuestro prototipo, y en la derecha, mostramos el
funcionamiento de las puertas del ascensor, lo conforman S10 y S11 los cuales
se encargaran de validar si la puerta del prototipo está cerrada o abierta.
Nuestro sistema está constituido por
dos motores, uno de ellos se relaciona a subir y bajar el ascensor, el otro se
encarga de abrir y cerrar las puertas.
Los sensores Sx son elementos externos como finales de carrera para saber la posición
del ascensor o las puertas automáticas y los restantes a los botones de
operación.
El sistema garantiza que su
manipulación pueda ser desde el exterior (S6, S8, S7, S9) o desde su interior
(S5, S4, S3).
Luego de tener claro
el diseño físico de nuestro proyecto dimos paso a la creación de la máquina de
estado. Debido a la totalidad de sus dependencias externas (Sx) el cambio de estados X como lo
refleja la figura número 6 es demasiado extenso
Nuestro Proyecto tiene 4 estados y un
inicio o reset, cada una de las flechas nos indica que debe suceder para pasar
al estado siguiente o retornar al estado inicial y así sucesivamente. A partir de este diseño se creó la
respectiva tabla de estados donde tomaríamos como base la programación.
Como observamos en la siguiente
tabla, es un modelo que depende de una ecuación, las Sx no solo son señales también pueden ser pulsos externos,
actuadores, sensores, etc. Lo ideal es que cambie su estado lógico. Su
definición dependerá de un conjunto de estados intermediarios en relación a las
entradas y salidas, el historial de las señales determinará para cada instante
un estado diferente. Esto se ejecutará en ciclos y el tiempo lo define el
usuario.
Cuando
tengamos el desarrollo definido y el programa nos genere los archivos
necesarios para su programación debemos ser cuidadosos en una de los pasos
fundamentales para la ejecución, en este caso hablamos del UCF, en pocas
palabras es el mapa de nuestra FPGA, cada dispositivo tiene definidas ciertas
entradas y salidas, por eso, es importante resaltar su estructuración al
momento de unirlo a nuestro programa. La configuración de nuestra Basys es la
siguiente.
Durante la estructuración o mapeo de nuestra FPGA,
podemos hacerla de diferentes maneras, una de ellas en contar con nuestro
archivo UCF en el cual se describen cada una de las entradas, la asignación de
pines se realizará conforme a los nombres definidos en nuestro diseño.
En la parte izquierda se realiza la configuración de las entradas a la
FPGA, cada uno de los pulsadores o interruptores representa las entradas
lógicas que se pueden obtener por medio de sensores, estás entradas serán
nuestras variables de estado (S0, S1, S2, etc.) dependiendo su combinación
activara o desactivara nuestros motores.
Conclusiones
- ·
Antes de abordar cualquier proyecto debemos saber exactamente las
limitaciones o nuestro alcance con los componentes y materiales que disponemos,
una correcta planeación de un proyecto nos dará una visión de lo que queremos
obtener, los resultados y a que publico podemos satisfacer.
- ·
Uno de los factores fundamentales en el desarrollo de máquinas de
estado, es plantear correctamente si diseño estructural y comportamiento, es la
base para crear una tabla de combinaciones que satisfagan nuestra necesidad. Si
debemos compararlo a nivel de programación, esta al mismo nivel de los
diagramas de flujo.
- ·
Aunque se abordó un proyecto común, el uso de las FPGA se han orientado
a aplicaciones mucho más complejas en los últimos tiempos, existen proyectos
como la minera de BitCoins o la administración de bases de datos.
- ·
La estructura o descripción de Hardware le permite a las FPGA tener
mayor flexibilidad al momento de procesar múltiples campos, su ejecución será
mucho más eficaz si lo comparamos con los Microcontroladores.
- ·
Si en algún momento requieren el desarrollo en proyectos haciendo uso de
la FPGA, se debe tener una base sólida de conocimientos en circuitos lógicos,
identificar correctamente cada una de las compuertas, usos, combinaciones, etc.
Autores.
León García Cristian
Camilo.
Tecnólogo en electrónica industrial actualmente
cursando 7 semestre en la universidad ECCI de Colombia
Actualmente destacado en ferias de electrónica a través
de su proyecto
Electrolux destacándose como primeros lugares,
estudiado de inglés británico, tiene acciones en una empresa textil donde hace
proyectos para emprender, continúa con su proyecto ascensor a través de
máquinas de estado
Peñuela Cruz Juan Camilo.
Tecnólogo en mantenimiento electrónico,
actualmente cursando sexto semestre en ingeniería electrónica, me desempeño en
el área de servicio técnico en la empresa Hanna Instruments, encargada en la
fabricación de equipos electrónicos para la medición de variables
fisicoquímicas.
Becerra Aldana Nicolás.
Actualmente estudiante de ingeniería electrónica de la
universidad ECCI en la cual fue participante y uno de los mejores estudiantes
en seminarios de investigación tecnológica en el cual junto con 2 ingenieros
desarrollaron e implementaron el primer diseño de un ascensor de tres pisos
cuyo funcionamiento era controlado completamente con máquinas de estado.
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