SISTEMAS EMPOTRADOS Y DE TIEMPO REAL<\/p>\n\n\n\n
<\/strong><\/p>\n\n\n\n Celia Rojo Frutos<\/em><\/p>\n\n\n\n Manuel Perlado Maldonado<\/em><\/p>\n\n\n\n Javier Moreno de Andr\u00e9s<\/em><\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n INTRODUCCI\u00d3N<\/em><\/p>\n\n\n\n En esta memoria vamos a relatar m\u00e1s en profundidad el procedimiento que hemos seguido a la hora de crear nuestra m\u00e1quina dispensadora de c\u00e1psulas de caf\u00e9, a su vez proporcionaremos algunas im\u00e1genes y v\u00eddeos de los primeros prototipos para mostrar el proceso lineal de la misma.<\/p>\n\n\n\n OBJETIVOS<\/em><\/p>\n\n\n\n El objetivo principal de este proyecto era la creaci\u00f3n de una m\u00e1quina dispensadora de c\u00e1psulas de caf\u00e9 que fuese funcional. Otros de los objetivos de este proyecto fueron::<\/p>\n\n\n\n MATERIALES<\/em><\/p>\n\n\n\n La mayor\u00eda de productos utilizados en este proyecto fueron proporcionados por la universidad, sin embargo hubo otros cuantos que tuvimos que comprar para generar nuestra m\u00e1quina.<\/p>\n\n\n\n Listado de elementos proporcionados por la universidad<\/p>\n\n\n\n Listado de elementos que tuvimos que comprar<\/p>\n\n\n\n PROCESO<\/em><\/p>\n\n\n\n La primera decisi\u00f3n que tomamos en cuanto al proyecto fue los d\u00edas y las horas que le \u00edbamos a dedicar a la semana, le dedicar\u00edamos entre 3 y 4 horas a la semana desde que se nos present\u00f3 la idea de hacer el proyecto.<\/p>\n\n\n\n Para elegir la idea fuimos mirando el blog y los proyectos de a\u00f1os anteriores, empezamos con la idea de hacer un coche teledirigido, lo descartamos debido a que preguntamos al profesor y se nos neg\u00f3 esa idea, continuamos con generar un brazo mec\u00e1nico, pero al final optamos por hacer algo sencillo que aunque ya se hab\u00eda realizado otros a\u00f1os, le quer\u00edamos dar nuestra idea y nuestro toque personal al proyecto.<\/p>\n\n\n\n Una vez decidido el proyecto empezamos a pensar que elementos \u00edbamos a utilizar, sin tener mucho en cuenta las limitaciones de Arduino ya que era la primera vez que \u00edbamos a programar en ese entorno. Determinamos que la m\u00e1quina iba a tener al principio una pantalla LCD, un altavoz en el que una voz dijese la opci\u00f3n seleccionada (esto \u00faltimo se decidi\u00f3 para ser lo m\u00e1s inclusivos posible), un teclado para seleccionar la opci\u00f3n correspondiente, una pantalla LED de 1 d\u00edgito, 4 servos para tener 4 ca\u00eddas de c\u00e1psulas y por \u00faltimo un lector de NFC para que nos diese acceso a poder utilizar nuestra m\u00e1quina.<\/p>\n\n\n\n Despu\u00e9s determinamos c\u00f3mo har\u00edamos la estructura para que fuese funcional, pensamos en hacer una rueda donde hubiese un hueco con la silueta de la c\u00e1psula, esa rueda girar\u00eda lo suficiente para que bajase la c\u00e1psula y no cayese la de arriba. Al final decidimos de utilizar una especie de tope en forma de L para que hiciese la misma funci\u00f3n que la rueda<\/p>\n\n\n\n Una vez establecida la idea de realizar esta m\u00e1quina, compramos los servos que \u00edbamos a necesitar y comprobamos uno a uno que funcionase. Despu\u00e9s pusimos los 4 servos a la vez y por \u00faltimo, ya que todav\u00eda no hab\u00edamos comprado el teclado utilizamos 4 botones conectados a cada uno de los servos para comprobar la funcionalidad de los mismos.<\/p>\n\n\n\n Los pr\u00f3ximos d\u00edas intentamos encender la pantalla LCD que adem\u00e1s de usar muchos puertos, no conseguimos la manera de que la pantalla imprimiese cualquier cosa, por lo que decidimos descartar esta idea por completo. De la misma manera que decidimos descartar el lector NFC y el altavoz, ya que calculamos los puertos que \u00edbamos a necesitar y no nos daba para utilizar todos los elementos.<\/p>\n\n\n\n Lo siguiente fue realizar una prototipo de lo que iba a ser la m\u00e1quina para probar la funcionalidad de la idea que hab\u00edamos tenido con las L de madera. Conectamos un servo e hicimos la prueba, de tal manera que el prototipo qued\u00f3:<\/p>\n\n\n\n Una vez comprobado el prototipo y visto que ten\u00eda sentido y funcionaba, decidimos buscar alg\u00fan teclado por internet, a estas alturas quedaba la mitad de tiempo para presentarlo, as\u00ed que tuvimos que tener en cuenta el tiempo que tardase en llegarnos el teclado y el dinero que quer\u00edamos gastarnos. Pedimos un teclado matricial 1×4, era justo lo que necesit\u00e1bamos. <\/p>\n\n\n\n Mientras esper\u00e1bamos a que llegase el teclado fuimos a probar la pantalla LED, al probarlo nos dimos cuenta que las combinaciones que hab\u00edamos encontrado en internet para que se iluminasen los segmentos correspondientes no funcionaban. Tuvimos que gastar bastante tiempo en encontrar las combinaciones para conseguir los n\u00fameros que quer\u00edamos.<\/p>\n\n\n\n Cuando nos lleg\u00f3 el teclado, conectamos la pantalla LED con el teclado, de tal manera de que cuando pulsamos el bot\u00f3n 1, se iluminase un 1 en la pantalla LED y as\u00ed sucesivamente con los n\u00fameros hasta el 4. No conectamos los servos ese d\u00eda ya que no los ten\u00edamos all\u00ed. Al pensar en conectar los servos nos dimos cuenta que necesit\u00e1bamos m\u00e1s puertos digitales, investigando en internet nos dimos cuenta de que pod\u00edamos usar los puertos anal\u00f3gicos como puertos digitales.<\/p>\n\n\n\n La semana siguiente conseguimos montar el circuito entero, conectamos los servo, la pantalla y el teclado a la vez y nos funcion\u00f3 perfectamente. Tuvimos varios problemas ya que Arduino es fr\u00e1gil y los cables se desconectaban o no se met\u00edan bien y tard\u00e1bamos un rato en encontrar el problema.<\/p>\n\n\n\n Una vez hecho todo el circuito nos faltaba realizar el montaje del mismo, bas\u00e1ndonos en el prototipo que hab\u00edamos realizado hac\u00eda unas semanas. Nos result\u00f3 bastante f\u00e1cil el montaje ya que ten\u00edamos muy claro c\u00f3mo iba a ser.<\/p>\n\n\n\n Cabe decir que el \u00fanico problema que tuvimos con el montaje fue el hecho de que nos hab\u00edamos contado con la altura de los servos, as\u00ed que hubo que elevar las ca\u00eddas con trozos de cart\u00f3n para que las c\u00e1psulas estuviesen a la altura de la L y no se colaran entre medias. SOFTWARE<\/em><\/p>\n\n\n\n Las primeras dos l\u00edneas de c\u00f3digo son para incluir las dos librer\u00edas necesarias para el c\u00f3digo. La primera la usaremos para controlar los servomotores y la segunda para el keypad (el teclado 1×4).<\/p>\n\n\n\n Ahora pasamos a la declaraci\u00f3n de variables. Creamos 4 variables, una para cada uno de los servomotores y la variable \u00e1ngulo que usaremos para mover los servomotores.<\/p>\n\n\n\n Continuamos estableciendo 7 constantes de la A a la G en las que introduciremos los valores del 2 al 8 respectivamente que corresponden con los pines digitales del visualizador de 7 segmentos. Declaramos la variable N y creamos un array SEGMENTOS de N tama\u00f1o, en este caso 7 en el que pondremos las constantes anteriormente mencionadas.<\/p>\n\n\n\n Ahora vamos a crear un array llamado patrones de tama\u00f1o 4 ya que solo necesitaremos mostrar hasta ese n\u00famero, en el que guardaremos el comportamiento del visualizador de 7 segmentos en funci\u00f3n del n\u00famero que necesitemos mostrar. En el caso de que necesitemos mostrar el n\u00famero 1 entrar\u00e1 en patrones[0] y har\u00e1 lo que hayamos definido. Si el n\u00famero que representa el segmento est\u00e1 a 1 significa que ese segmento se iluminar\u00e1 y si est\u00e1 a 0 se quedar\u00e1 apagado.<\/p>\n\n\n\n Ahora pasamos al teclado num\u00e9rico 1×4. Para definir sus conexiones, hemos creado una matriz 1×4 en la que guardaremos los propios n\u00fameros del 1 al 4, despu\u00e9s definimos los pines correspondientes a la fila y a las 4 columnas y creamos el objeto keypad con todo lo anteriormente mencionado.<\/p>\n\n\n\n Ahora vamos a comenzar con la parte de inicializaci\u00f3n o setup() del c\u00f3digo. Lo primero que hacemos es inicializar los 7 segmentos del visualizador y posteriormente asignamos los pines a los 4 servomotores. Tambi\u00e9n inicializamos el monitor serie.<\/p>\n\n\n\n Ahora vamos con la \u00faltima parte del c\u00f3digo, el cuerpo o loop(). Lo primero que hacemos es leer del teclado el bot\u00f3n que hayamos pulsado del 1 al 4. En el caso de que ese n\u00famero sea 1 entraremos por el if y definiremos la variable \u201cnumero\u201d con un 0, que ser\u00e1 la posici\u00f3n del array de patrones a mostrar por el visualizador y que se mostrar\u00e1 gracias al for. Como he dicho antes, en la posici\u00f3n 0 de ese array mostrar\u00e1 el n\u00famero 1 que es el n\u00famero que se ha pulsado en el keypad. Despu\u00e9s definimos el \u00e1ngulo al que queremos que se mueva el servomotor para poder dejar caer la c\u00e1psula de caf\u00e9, esperamos un poco para que le d\u00e9 tiempo a caer y despu\u00e9s volvemos a poner todo en la posici\u00f3n inicial en la que se encontraba.<\/p>\n\n\n\n Despu\u00e9s de esto, el resto del c\u00f3digo consta de 3 ifs m\u00e1s, iguales al anterior, con unas peque\u00f1as modificaciones. El n\u00famero que leer\u00edamos, por el que entrar\u00edamos a los otros ifs, y el que se mostrar\u00eda en el visualizador ser\u00eda o el 2, o el 3, o el 4.<\/p>\n\n\n\n Este ser\u00eda el c\u00f3digo para cuando se pulsa el bot\u00f3n n\u00famero 2.<\/p>\n\n\n\n Este ser\u00eda el c\u00f3digo para cuando se pulsa el bot\u00f3n 3.<\/p>\n\n\n\n Este ser\u00eda el c\u00f3digo para cuando se pulsa el bot\u00f3n 4.<\/p>\n\n\n\n HARDWARE<\/em><\/p>\n\n\n\n Para este proyecto hemos usado 4 servomotores, el visualizador de 7 segmentos y un teclado 4 x 1 teclas. Debido a este n\u00famero de componentes, hemos tenido que hacer uso de los puertos anal\u00f3gicos trat\u00e1ndolos como si fueran puertos digitales.<\/p>\n\n\n\n Los 4 servomotores que son los encargados de dejar caer las c\u00e1psulas, los cuales tienen 3 puertos (datos, voltaje y tierra), est\u00e1n conectados a los puertos anal\u00f3gicos sus cables de datos y los cables de voltaje y tierra van conectados a la placa protoboard. La placa protoboard tiene conectado en el carril del positivo y negativo el cable de alimentaci\u00f3n (5V) y el cable tierra (GND) los cuales vienen desde la placa de Arduino. Esto se decidi\u00f3 hacer as\u00ed para poder simplificar el montaje y evitar tener mayores problemas con la organizaci\u00f3n de cables debido a las limitaciones de la placa base Arduino UNO, la cual hemos podido comprobar que ha sido un factor limitante importante a la hora del montaje.<\/p>\n\n\n\n El visor de 7 segmentos tiene 10 conexiones, de las cuales nosotros solo usamos 8 debido a que descartamos usar el controlador del \u201c.\u201d dado que \u00fanicamente queremos representar n\u00fameros enteros del 1 al 4, las cuales van conectadas a la placa protoboard donde se encuentran unas resistencias de 330 ohmios para poder evitar da\u00f1os al componente. Todos los puertos, van conectados posteriormente a los puertos digitales de la placa Arduino UNO donde les daremos las \u00f3rdenes de encender los segmentos correspondientes mediante el software desarrollado.<\/p>\n\n\n\n El \u00faltimo componente relativo a la parte hardware es el teclado de 4 teclas, el cual tiene 5 conexiones de las cuales 4 van directamente conectadas a los puertos digitales y la restante va conectada a la placa protoboard al carril negativo (tierra o GND).<\/p>\n\n\n\n Funcionamiento y casos de uso<\/em><\/p>\n\n\n\n Para crear el prototipo final del proyecto decidimos usar un trozo de madera rectangular, en donde con otros cachos de madera \u00edbamos a generar esas ca\u00eddas necesarias para la m\u00e1quina.<\/p>\n\n\n\n C\u00f3mo la altura del servo junto con la L pegada a \u00e9l sobrepasaba la altura de las c\u00e1psulas, decidimos pegar varios niveles de cart\u00f3n de tal manera que la ca\u00edda quedaba elevada lo suficiente como para que hiciese tope con la L y no se cayesen.<\/p>\n\n\n\n Para cerrar la m\u00e1quina y hacer tope con las c\u00e1psulas para que no cayesen hacia delante ni pudiesen salir de las ca\u00eddas, pegamos un trozo de metacrilato con la medida necesaria, aun as\u00ed, la m\u00e1quina gener\u00f3 alg\u00fan problema y hubo que elevar un poco m\u00e1s las ca\u00eddas de la misma manera que se comenta en el p\u00e1rrafo anterior.<\/p>\n\n\n\n Decidimos que todo el circuito, la placa base y la protoboard ir\u00eda detr\u00e1s de la m\u00e1quina, por lo que fue necesario hacer unos peque\u00f1os agujeros debajo de cada servo para que entrasen justamente los cables y se pudiesen conectar perfectamente.<\/p>\n\n\n\n Por otro lado, en el lado derecho de la m\u00e1quina pusimos el teclado y la pantalla LED para que fuese accesible y de esta manera no se viesen los cables.<\/p>\n\n\n\n Por \u00faltimo creamos dos rampas en diagonal para generar la ca\u00edda de las c\u00e1psulas y que al usuario de fuese sencillo recogerlas<\/p>\n\n\n\n C\u00f3mo casos de uso tenemos:<\/p>\n\n\n\n PROBLEMAS Y SOLUCIONES<\/em><\/p>\n\n\n\n Hemos ido teniendo muchos problemas a lo largo de los 3 meses de trabajo que nos ha llevado la construcci\u00f3n de nuestro proyecto, las primeras semanas no nos decid\u00edamos sobre qu\u00e9 proyecto hacer hasta que al final nos decantamos por este. En la primera lluvia de ideas que hicimos para organizarnos y ver c\u00f3mo \u00edbamos a enfrentarnos al proyecto, se nos apareci\u00f3 el primer problema. C\u00f3mo pod\u00edamos hacer para que cuando cayese una c\u00e1psula, no cayesen m\u00e1s y se quedasen esperando su turno.<\/p>\n\n\n\n Tras pensar varias cosas, se nos ocurri\u00f3 que lo que dejaba pasar las c\u00e1psulas tuviese forma de L para que as\u00ed la pata superior de la L detuviera la c\u00e1psula superior dejando caer a su vez la que ten\u00eda que caer. Sorprendentemente llevamos a cabo nuestra idea de manera un poco cutre para probar que funcionase y funcion\u00f3 correctamente as\u00ed que problema solucionado.<\/p>\n\n\n\n M\u00e1s tarde, para meterle m\u00e1s complejidad al c\u00f3digo, decidimos poner el visualizador de 7 segmentos que nos cost\u00f3 bastante averiguar c\u00f3mo funcionaba y conectarlo a la vez a los servomotores y al teclado, pero tambi\u00e9n conseguimos solucionarlo. Tuvimos muchos problemas con los cables y algunos servomotores que dejaban de funcionar y no sab\u00edamos el por qu\u00e9 o que se soltaban y no nos d\u00e1bamos cuenta y ya la ten\u00edamos liada de nuevo. Pero tras mucho pelearnos con eso, al final conseguimos que funcionase todo a la perfecci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n Tuvimos que comprar varios materiales que nos faltaban y que tardaban en llegar as\u00ed que hubo d\u00edas que tuvimos que reinventarnos usando leds como si fueran los servomotores para ir avanzando e ir comprobando que todo funcionaba a la perfecci\u00f3n. Ahora ven\u00eda lo dif\u00edcil, llevar todo el circuito que funcionaba e integrarlo en la propia m\u00e1quina expendedora. Seguimos teniendo problemas con cables que se desconectaban o alguna resistencia que no estaba lo suficientemente bien colocada y no se encend\u00eda el segmento que tocaba del visualizador o no giraba alg\u00fan servo cuando ten\u00eda que hacerlo y cosas as\u00ed. Una vez todo estaba bien montado, con el cristal pegado y todo perfecto, faltaba probar que funcionase con las c\u00e1psulas.<\/p>\n\n\n\n Tuvimos que hacer los carriles de ca\u00edda de las c\u00e1psulas m\u00e1s altos para que fueran cayendo pegados al cristal ya que a la hora de tocar el servo, los que ven\u00edan detr\u00e1s se amontonaban y despu\u00e9s ca\u00edan 2 a la vez y varios problemas m\u00e1s.<\/p>\n\n\n\n Elevamos un poco m\u00e1s los carriles para que fuesen del tama\u00f1o de las c\u00e1psulas e iba perfecto. Salvo una cosa. Hab\u00eda veces que del propio peso de la c\u00e1psula al caer sobre el servo, este se soltaba y hab\u00eda que colocarlo de nuevo, todo esto con el cristal pegado. Con esfuerzo al final logramos volver a colocarlo en su sitio justo a tiempo y listo para la presentaci\u00f3n en la que qued\u00f3 una demostraci\u00f3n perfecta. Todo sali\u00f3 como quer\u00edamos al final.<\/p>\n\n\n\n POSIBLES MEJORAS<\/em><\/p>\n\n\n\n Durante la realizaci\u00f3n del proyecto, nos enfrentamos a varias limitaciones en cuanto al tiempo disponible, las capacidades de la placa base y nuestros conocimientos t\u00e9cnicos, lo que nos impidi\u00f3 implementar ciertas funcionalidades que hab\u00edamos planeado.<\/p>\n\n\n\n Una de las funcionalidades que no pudimos implementar fue el uso de cuatro sensores en los carriles de c\u00e1psulas de caf\u00e9, para detectar cu\u00e1ndo se agotaba el suministro de un sabor espec\u00edfico. Para ello, hubi\u00e9ramos utilizado sensores de presencia de carga de celda, los cuales son muy precisos y capaces de detectar incluso las c\u00e1psulas m\u00e1s ligeras. Creemos que esta mejora ser\u00eda muy beneficiosa para la m\u00e1quina, ya que aumentar\u00eda su versatilidad y facilidad de uso.<\/p>\n\n\n\n Adem\u00e1s, nos hubiera gustado implementar la vinculaci\u00f3n de la m\u00e1quina a Alexa o Google Home para poder controlarla mediante asistentes de voz. Sin embargo, esta mejora no fue viable debido al costo del m\u00f3dulo Arduino Wifi necesario, que rondaba los 60 d\u00f3lares. Aunque no pudimos implementar esta funcionalidad en este proyecto, seguimos consider\u00e1ndola una opci\u00f3n interesante para futuros desarrollos.<\/p>\n\n\n\n REPARTO DE TAREAS Durante la realizaci\u00f3n del proyecto, cada integrante del equipo tuvo una tarea espec\u00edfica. Javier se encarg\u00f3 del c\u00f3digo, Manuel del hardware y Celia del montaje. Aunque cada uno tuvo una funci\u00f3n importante, se not\u00f3 que Javier dedic\u00f3 m\u00e1s tiempo al c\u00f3digo, Manuel al hardware y Celia al montaje. Gracias a la dedicaci\u00f3n y habilidad de cada uno, el proyecto se complet\u00f3 con \u00e9xito y funcion\u00f3 de manera \u00f3ptima. La colaboraci\u00f3n en equipo permiti\u00f3 una buena finalizaci\u00f3n del proyecto y una oportunidad para que cada integrante aprendiera y desarrollara sus habilidades.<\/p>\n\n\n\n CONCLUSIONES<\/em><\/p>\n\n\n\n\n
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