IMPLEMENTACIÓN DE UN CAUDALÍMETRO DIGITAL MEDIANTE EL PIC18F4550

Rogelio Ernesto García Chávez1
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Ángel Adrián Orta Quintana1
Erik Reyes Reyes1
Víctor Manuel Hernández Guzmán2
Ramón Silva Ortigoza1
Magdalena Marciano Melchor1

1Instituto Politécnico Nacional
CIDETEC Laboratorio de Mecatrónica y Energía Renovable

2Universidad Autónoma de Querétaro Centro Universitario
Facultad de Ingeniería

Cómo citar este artículo

Resumen

Un caudalímetro digital construido con base en el PIC18F4550 es presentado en este trabajo. Se detalla la construcción del prototipo describiendo los materiales utilizados y el software requerido para su implementación. También se muestran los códigos fuentes en lenguaje C y una alternativa para simular el caudalímetro en Proteus. El prototipo desarrollado se destaca como una alternativa de bajo costo para medir la velocidad de flujo de caudal.

I. Introducción

Un microcontrolador es un chip electrónico que funciona como una pequeña computadora y contiene una unidad de procesamiento, memorias, puertos de entrada y salida (E/S), periféricos, osciladores, módulos de comunicación, entre otros. Se utiliza para controlar el funcionamiento de una tarea específica y gracias a su reducido tamaño, suele ir incorporado en el propio dispositivo que gobierna. Es utilizado en una amplia variedad de dispositivos, desde robots hasta electrodomésticos. El microcontrolador ejecuta órdenes que fueron grabadas en su memoria [1].

Algunas de las aplicaciones de los microcontroladores son:

1. Sistemas de control industrial: Los microcontroladores se usan para monitorear y controlar procesos industriales como la temperatura, la presión, el nivel de líquidos, el flujo de gases, etc.
2. Sistemas de comunicación: Los microcontroladores se usan para implementar protocolos de comunicación como UART, SPI, I2C, CAN, USB, Ethernet, etc. También se usan para manejar dispositivos como módems, transceptores, antenas, etc.
3. Sistemas de seguridad: Los microcontroladores se usan para implementar sistemas de seguridad como alarmas, sensores de movimiento, cámaras, cerraduras electrónicas, etc.
4. Sistemas de entretenimiento: Los microcontroladores se usan para crear juegos, reproductores de música, televisores inteligentes, consolas de videojuegos, etc.
5. Sistemas médicos: Los microcontroladores se usan para medir y controlar parámetros vitales como el ritmo cardíaco, la presión arterial, la glucosa en sangre, etc. También se usan para controlar dispositivos médicos como bombas de infusión, marcapasos, respiradores artificiales, etc.
6. Sistemas automotrices: Los microcontroladores se usan para controlar funciones del vehículo como el encendido, la inyección de combustible, el frenado antibloqueo, el control de tracción, el control de estabilidad, etc.

En este artículo, se muestra la aplicación de un microcontrolador en la creación de un caudalímetro digital. Lo que resta del trabajo se encuentra seccionado de la forma siguiente. La Sección II versa sobre los materiales y software utilizados. En la Sección III se muestran los códigos en lenguaje C y los resultados de simulación obtenidos. Finalmente, las conclusiones son presentadas en la Sección IV.

Materiales y software utilizados

La elaboración del caudalímetro digital se llevó a cabo mediante el altamente usado microcontrolador de la marca microchip PIC18F4505 y material electrónico de bajo costo. Para la elaboración de un caudalímetro digital se requirió lo siguiente:

1. Flow sensor YF-S201.
2. PIC18F4550.
3. Protoboard.
4. Alambre de cobre del calibre 12.
5. Display LCD 16×2.
6. Fuente de alimentación de 5 V a 1 A.

El instrumento de flujo utilizado (YF-S201), nos permite realizar la adquisición de datos hacia el PIC18F4550. Por su parte, la tablilla de pruebas (protobaord) nos permite montar los componentes y realizar las conexiones pertinentes mediante el alambre de cobre. Por su parte, el Display LCD se usa para visualizar los resultados obtenidos, tras el procesamiento del PIC18F4550. Finalmente, la fuente de 5 V, nos permite alimentar a todo el prototipo.

De manera complementaria, para escribir y compilar el código fuente se hace uso del IDE MikroC y para simular el prototipo se utiliza el programa Proteus.

Figura 1. Flow sensor modelo YF-S201.

Programación y simulación del prototipo

En la Figura siguiente se presenta el segmento de código asociado a la asignación de puertos para el display LCD, declaración de variables globales y la rutina interrupt.

Figura 2. Código de configuración de puertos y función interrupt.

La rutina interrupt hace uso de la interrupción externas. Esta rutina evalúa si existe un cambio de valor lógico en el pin asignado e incrementa un contador cada que esto sucede.

En la Figura mostrada a continuación podemos ver el segmento de código que contiene algunas configuraciones asociadas al funcionamiento del PIC. En estas líneas de código también se programa los mensajes de bienvenida a mostrarse en el display LCD y se hace la invocación a la función “caudalimetro” que será descrita más adelante.

Figura 3. Función “main” del programa.

Para finalizar la descripción de nuestro programa, en la Figura siguiente se presenta la rutina que contienen el funcionamiento primario del caudalímetro. Aquí se realiza el sensado del YF-S201 y se traduce a unidades de flujo de caudal. También, en el display LCD se muestra la velocidad del caudal del agua (L/m) cada 2 segundos. Esto, haciendo uso de la formula siguiente que nos brinda el fabricante (Velocidad de caudal=frecuencia de pulso*7.5) [2].

Figura 4. Función “caudalimetro” del programa.

Ahora, para comprobar el buen funcionamiento del prototipo se muestra la simulación a nivel de componentes del caudalímetro digital en Proteus.

Figura 5. Simulación del caudalímetro digital en Proteus 8.

Cabe destacar que en esta simulación se remplazó el sensor de flujo por una señal lógica que permite activar las interrupciones externas en el pin RB0. Como se observa en la imagen, el display LCD muestra la velocidad del caudal en razón de la frecuencia de pulso con la que giran las aspas del sensor del flujo y que se interpretan en pulsos lógicos.

IV. Conclusiones

La construcción de un caudalímetro digital basado en el PIC18F4550 representa una opción de bajo costo al ponerlo en comparación con dispositivos similares que se venden de forma comercial. Al mismo tiempo, la implementación de este dispositivo resulta interesante debido al gran auge que tienen los proyectos en materia de energía renovable.

Referencias

1. Pérez, E. M. (2007). Microcontroladores PIC: Sistema Integrado para el Autoaprendizaje. Marcombo.


2. s.a. (s.f.). Sensor de Flujo de Agua 30L/MIN.Carrod. https://www.carrod.mx/products/sensor-de-flujo-de-agua-1-2-yf-s201

Cómo citar este artículo en APA

García, R., Orta A., Reyes, E., Hernández, V., Silva, R. & Marciano, M. (1 de noviembre de 2023). Implementación de un caudalímetro digital mediante el PIC18F4550 Boletín UPIITA. 18 (99).
https://www.boletin.upiita.ipn.mx/index.php/ciencia/1053-cyt-numero-99/2215-implementacion-de-un-caudalimetro-digital-mediante-el-pic18f4550

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