sistema de automatización para una playa de...

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UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES FACULTAD DE INGENIERÍA C ARRERA DE E SPECIALIZACIÓN EN S ISTEMAS E MBEBIDOS MEMORIA DEL T RABAJO F INAL Sistema de automatización para una playa de estacionamiento Autor: Ing. Jhon Jairo Vargas Yaya Director: Ing. Gustavo Alessandrini (INTI, ORT) Jurados: Ing. Fernando Lichtschein (ORT) Esp. Ing. Nicolás Dassieu Blanchet (FIUBA) Esp. Ing. Leonardo Carducci (FIUBA) Este trabajo fue realizado en las Ciudad Autónoma de Buenos Aires, entre Noviembre de 2016 y Julio de 2017.

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UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES

FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA DE ESPECIALIZACIÓN EN SISTEMAS

EMBEBIDOS

MEMORIA DEL TRABAJO FINAL

Sistema de automatización para una playa deestacionamiento

Autor:Ing. Jhon Jairo Vargas Yaya

Director:Ing. Gustavo Alessandrini (INTI, ORT)

Jurados:Ing. Fernando Lichtschein (ORT)

Esp. Ing. Nicolás Dassieu Blanchet (FIUBA)Esp. Ing. Leonardo Carducci (FIUBA)

Este trabajo fue realizado en las Ciudad Autónoma de Buenos Aires, entre Noviembre de2016 y Julio de 2017.

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III

Resumen

En este trabajo se presenta el desarrollo de una alternativa económica y eficiente para elcontrol y administración de estacionamientos residenciales con cupo máximo de diez

vehículos. Este sistema fue diseñado, implementado y puesto a prueba en la plataformaEDU-CIAA-NXP como placa principal en conjunto con el microcontrolador embebido

FRDM K64F como lector de sensores; todo esto integrado con un software deadministración.

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V

Agradecimientos

Este trabajo de especialización y todos mis estudios realizados hasta el día de hoy sonespecialmente dedicados a DIOS quien me permitió que todo esto fuera posible encar-gándose de proveerme todo lo necesario para llegar hasta aquí, dándome además unpoco de ese instinto creativo e intelectual, acompañado de luz en el camino y fuerzaspara seguir adelante.

A mi Madre quien con su dedicación y sus importantes consejos ha apoyado incondicio-nalmente mis pasos dándome palabras de fortaleza en momentos de estancamiento; a miHermano quien ha sido un gran ejemplo de perseverancia y constancia en la búsqueday alcance de los anhelos; a mi tía Doris quien con su cariño me impulsó a la travesía enesta bella nación y ha estado pendiente desde la distancia; a mis primos Erika y Cristianquienes desinteresadamente me abrieron sus puertas para permitirme dar inicio a estatemporada llena de aprendizajes, buenas enseñanzas y muchos momentos para nuestrosbuenos recuerdos; y a la niña de mis ojos quien desde la distancia me dió sus palabras defuerza y aliento en cada noche larga.

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VII

Índice general

Resumen III

1. Introducción General 11.1. Barreras electromecánicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1.1. Barreras de Jomaf S.A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.2. Barreras de Ingesys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1.3. Barreras de Dyna Group . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.1.4. Barreras de FAAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.1.5. Barreras de Wejoin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.2. Software para la administración de estacionamientos . . . . . . . . . . . . 71.2.1. Sistema de estacionamiento de Ditel Ltda . . . . . . . . . . . . . . . 71.2.2. Sistema de estacionamiento de Parking S.A . . . . . . . . . . . . . . 10

1.3. Motivación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2. Introducción Específica 112.1. Plataformas de hardware utilizadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.1.1. Plataforma EDU-CIAA-NXP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.1.2. Placa FRDM K64F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.1.3. Impresora térmica de tickets y lector de código de barras . . . . . . 132.1.4. Sensores infrarojos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.2. Alcance del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.3. Objetivos y requerimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3. Diseño e Implementación 173.1. Fabricación del prototipo a escala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173.2. Implementación del firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193.3. Módulos de comunicación RS-232, RS-485 y USB . . . . . . . . . . . . . . . 213.4. Análisis y programación del software demostrativo . . . . . . . . . . . . . 21

4. Ensayos y Resultados 234.1. Pruebas de validación y mantenimiento del Firmware . . . . . . . . . . . . 23

4.1.1. Prueba 1 - Comunicación por UART-USB . . . . . . . . . . . . . . . 234.1.2. Prueba 2 - Pulsador de ingreso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244.1.3. Prueba 3 - Sensor de ingreso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244.1.4. Prueba 4 - Impresión de código de barras . . . . . . . . . . . . . . . 254.1.5. Prueba 5 - Sensores en la FRDM-K64F . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4.2. Pruebas de funcionamiento del modelo a escala . . . . . . . . . . . . . . . 25

5. Conclusiones 275.1. Conclusiones generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

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IX

Índice de figuras

1.1. BR-5000 Línea Súper alto transito1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2. Barrera automática, Modelo XE 20092. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3. Barrera automática vehicular BA9033. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.4. Barrera automática BDG 90 – NEUMÁTICA4. . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.5. Barrera automática BDG 70 - GREEN LED5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.6. Barreras Automáticas 6156. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.7. Barrera vehicular rápida WJDZ8017. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.8. Formulario básico de ingreso a un estacionamiento8. . . . . . . . . . . . . . 71.9. Sistema integral de gestión de parqueaderos - DitelPark9. . . . . . . . . . . 81.10. Estado de comunicación de los dispositivos10. . . . . . . . . . . . . . . . . 91.11. Herramienta de operación manual del sistema DitelPark11. . . . . . . . . . 91.12. Aplicación para dispositivo celular12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.1. Placa EDU-CIAA-NXP13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.2. Diagrama de bloques de la EDU-CIAA-NXP14. . . . . . . . . . . . . . . . . 122.3. Placa FRDM K64F15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.4. CSN-A2 Micro panel printer16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.5. Sensor infrarojo Tracker Ir Tcrt500017. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.1. Prototipo para demostración del funcionamiento del sistema . . . . . . . . 173.2. Diagrama de bloques del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.3. Módulo de las conexiones en la placa FRDM-K64F18. . . . . . . . . . . . . 183.4. Modelo en espiral para el desarrollo del firmware19. . . . . . . . . . . . . . 193.5. Ventana de configuración del puerto serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.6. Parte de la base de datos elaborada en MySQL Workbench . . . . . . . . . 22

4.1. Strings de prueba desde la EDU-CIAA hacia el PC . . . . . . . . . . . . . . 234.2. Pulsador en funcionamiento con el requerimiento de presencia vehicular

al ingreso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244.3. Visualización de strings en el software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

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XI

Índice de Tablas

1.1. Comparación entre BR-5000 y XE 2009 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2. Barrera automática BA-903 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.3. Comparación entre BDG 90 y BDG 70 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.4. Barrera 615 BPR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.5. Barrera de Wejoin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.6. Sistema DitelPark . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.1. Comandos para la impresora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.1. Conexiones en el prototipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

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XIII

Dedicado a aquellas personas de mi tierra echadas pa’ lante, quecon gallardía dieron un gran paso fuera de nuestras maravillosas

fronteras colombianas para aventurarse en un camino acontrareloj lleno de importantes enseñanzas tanto para el ámbito

profesional como para la vida misma.

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1

Capítulo 1

Introducción General

En este capítulo se presenta un resumen de algunos antecedentes tecnológicos relaciona-dos con las barreras vehiculares y software administrativo para estacionamientos.

1.1. Barreras electromecánicas

En esta sección se analizan las características de tres de las principales barreras disponi-bles en el mercado argentino y los productos de dos empresas de sistemas de estaciona-miento en el exterior.

1.1.1. Barreras de Jomaf S.A

Jomaf S.A es una empresa de ingeniería electrónica de origen argentino fabricantes debarreras vehiculares en variedad de diseños para diversas necesidades.

En la Figura 1.1 se muestra un modelo de barrera vehicular “diseñada para operar enSistemas de Control de Acceso a Estacionamientos y Peajes de alto tránsito.”1 [Jomaf].

FIGURA 1.1: BR-5000 Línea Súper alto transito2.

En la figura 1.2 se aprecia el modelo de barrera vehicular de tipo articular, la cual dividesu barra en dos partes ideal para estacionamientos en donde en cielo raso está a pocosmetros de altura (mínimo 2.8 mts). “Diseñada para operar en sistemas de control de acce-so a estacionamientos, edificios y otros establecimientos de alto tránsito y gran velocidadde 1.7 segundos.”3

1http://www.jomaf.com.ar/ingenieria/catalog/product_info.php?pName=barreras-br5000-linea-super-alto-transito&cName=barreras-vehiculares

2http://www.jomaf.com.ar/ingenieria/catalog/popup_image.php?pID=2153http://www.jomaf.com.ar/ingenieria/catalog/product_info.php?pName=

barrera-automatica-modelo-xe-2009&cName=barreras-vehiculares

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2 Capítulo 1. Introducción General

FIGURA 1.2: Barrera automática, Modelo XE 20094.

En la tabla 1.1 se presenta una comparación entre las principales carácteristicas de estasdos barreras.

TABLA 1.1: Características técnicas de las barreras de Jomaf S.A

Característica BR-5000 XE 2009

Capacidad ciclos/día 5000 6000Tiempo de apertura con brazo de 3mts 2 s 1.7 s

Sistema antiaplastamiento de brazo flotante OK OKProtección a la intemperie IP 44 IP 44

Tensión de alimentación eléctrica 220 Vac, 50 Hz 220 Vac, 50-60 HzLongitud de brazo 3-5 m 3.3-4 m

Corriente absorbida 1.6 A 1.8 A

1.1.2. Barreras de Ingesys

Ingesys es una empresa argentina que inició actividades en 1990 con la elaboración einstalación de redes y sistemas a medida. Actualmente cuentan con una línea de barre-ras vehiculares de la cual se presenta una breve documentación sobre las característicasprincipales de uno de sus modelos.

En la figura 1.3 se muestra una barrera automática vehicular de alta velocidad diseñadapara uso intensivo. Su tiempo de apertura y cierre es de 1,2 segundos aproximadamen-te. Posee un sistema antiaplastamiento con bajada de brazo gravitacional y la longitudmáxima de la lanza es de 3 metros. “Barreras vehiculares de alta performance aptas parausarlas en todas las instalaciones que requieren un eficaz control de accesos de vehículoscon mínimo mantenimiento y un altísimo ciclo de vida util.”5

Las características más sobresalientes son presentadas a continuación:

• Pueden ser accionadas con cualquier sistema de control de apertura.

• Posee tablero electrónico para ajustes de tiempo de cierre.

• Modo de funcionamiento PP (Pulse Open – Pulse Close).

• Tiene salida de contacto seco.

4http://www.jomaf.com.ar/ingenieria/catalog/popup_image.php?pID=2625http://www.ingesys.com.ar/assets/folleto/ba903.jpg

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1.1. Barreras electromecánicas 3

FIGURA 1.3: Barrera automática vehicular BA9036.

En la tabla 1.2 se presentan las carácteristicas de la barrera automática BA-903.

TABLA 1.2: Características técnicas de la barrera BA-903 de Jomaf S.A

Característica BA-903

Capacidad ciclos/día 7000Tiempo de apertura con brazo de 3mts 1-2 s

Sistema antiaplastamiento de brazo gravitacional OKProtección a la intemperie Pintura poliester con protección UV

Tensión de alimentación eléctrica 220 Vac, 50 HzLongitud de brazo 2-3 mConsumo máximo 350 W

1.1.3. Barreras de Dyna Group

Dyna Group es una empresa argentina enfocada hacia los diseños de sistemas para con-trol vehicular y automatización e instrumentación industrial; también abarcan desarro-llos en semaforización, control de acceso y equipamiento para multas fotográficas entreotros. En la fabricación de barreras automáticas se presenta un resumen de las caracterís-ticas principales de dos modelos.

En la figura 1.4 se aprecia un tipo de barrera vehicular más robusta la cual posee un me-canismo neumático para su funcionamiento. “Barrera Neumática de aplicación en áreascon peligro de explosión de uso continuo y bajo mantenimiento.”7también es mayormen-te utilizada en ambientes industriales.

En la figura 1.5 se muestra uno de los últimos y más novedosos diseños robustos debarrera vehicular el cual reúne las mejores cualidades funcionales y estéticas sobre losdemás modelos ya que al poseer un bajo consumo energético, esta trabaja de manerasilenciosa. “Incorpora un atractivo semáforo LED que indica al conductor cuando está

6http://www.ingesys.com.ar/php/ba903.php7http://www.dynagroup.com.ar/e_productos_barrera_automatica_bdg90.html

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4 Capítulo 1. Introducción General

habilitado para avanzar, función especialmente útil en horarios nocturnos. En su interiorpodemos encontrar la mejor combinación entre mecánica y electrónica.”8

FIGURA 1.4: Barrera automática BDG 90 – NEUMÁTICA9.

FIGURA 1.5: Barrera automática BDG 70 - GREEN LED10.

En la tabla 1.3 se detallan algunas de sus principales carácteristicas.

TABLA 1.3: Características técnicas de las barreras Dyna Group

Característica BDG 90 – NEUMÁTICA BDG 70 - GREEN LED

Mecanismo de accionamiento Actuador neumático de doble Motor de torque controladoefecto de acción rotativa de bajo consumo

Sistema antiaplastamiento OK OKProtección a la intemperie IP 65 IP 45

Tensión de alimentación 220 Vac, 50 Hz 220 Vac, 50 HzTiempo de apertura 3 s 1.3 s

Longitud de brazo 3 m 2-3 mPeso 55 kg 45 kg

8http://www.dynagroup.com.ar/e_productos_barrera_automatica_bdg70.html9http://www.dynagroup.com.ar/e_productos_barrera_automatica_bdg90.html

10http://www.dynagroup.com.ar/e_productos_barrera_automatica_bdg70.html

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1.1. Barreras electromecánicas 5

1.1.4. Barreras de FAAC

FAAC (Fabbrica Automatismi Apertura Cancelli) es desde 1965 una importante empresaitaliana líder en automatizaciones para diversos sectores de la industria en el mundo consistemas eficientes y eficaces en cuanto a seguridad de funcionamiento y reducción deconsumos energéticos. Presenta variedad de barreras vehiculares entre las cuales se des-cribe brevemente una de las más utilizadas. “progettiamo e costruiamo soluzioni innova-tive e sicure per ogni esigenza di automazione e controllo accessi pedonali e veicolari.”11

La barrera automática 615 de FAAC mostrada en la figura 1.6, está diseñada específica-mente para una frecuencia de transito intermedia con un brazo de hasta 5 metros el cualpuede ser rígido o articulado para la fácil adaptabilidad a estacionamientos con techosbajos.

FIGURA 1.6: Barreras Automáticas 61512.

Para un brazo de 2,5 metros el tiempo de cierre es de 3 segundos teniendo una frecuenciade utilización de 40 ciclos por hora; y para un brazo con la longitud máxima de 5 metros,el tiempo de cierre es de aproximadamente 6 segundos con una frecuencia de utilizaciónde hasta 50 ciclos por hora.

TABLA 1.4: Características técnicas de la barrera 615 BPR

Tensión de alimentación 230 Vac - 50 HzPotencia absorbida 4 W

Corriente máx accesorios 250 mATiempo de trabajo (0-10 min a pasos de 2,5 s)Tiempo de pausa (0-5 min a pasos de 1,5 s)

Entrada en borneras Open - Close - Stop -Fin de carrera - Alimentación

Salida en borneras Motor - Destellador - Luz de techo -Alimentación de accesorios

11https://www.linkedin.com/company/faac-s.p.a.12http://www.faacgroup.cl/pdf/catalogo_Barrera_615.pdf

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6 Capítulo 1. Introducción General

1.1.5. Barreras de Wejoin

La compañía Shenzhen Wejoin Machinery y Electrical Technology CO., Ltd fue fundadaen el año 2004 en la ciudad de Shenzhen – China y es una de las empresas líderes mundia-les de diseño y fabricación de máquinas de control y seguridad para puertas inteligentescon la especialización en productos de seguridad y protección vial. “At present, WEJOINis the strongest supplier of the barrier gate, tripod turnstile and all kinds of gate opera-tors.”13

FIGURA 1.7: Barrera vehicular rápida WJDZ80114.

En la tabla 1.5 se detallan algunas de sus principales carácteristicas.

TABLA 1.5: Características técnicas de la barrera de Wejoin

Capacidad ciclos/día 15000Mecanismo de accionamiento Motor eléctrico con aleación

de aluminioSistema antiaplastamiento Retroceso automático cuando

choca con un obstáculoConsumo 120 W

Control Remoto Hasta 35 m de distanciaProtocolo de comunicación Compatible con RS-485Protección a la intemperie IP 65

Tensión de alimentación 110-220 Vac, 50-60 HzTiempo de apertura 1,3,6 s

Longitud de brazo 2.5-6 mPeso 60 kg

13http://www.cccme.org.cn/shop/cccme11258/introduction.aspx14http://www.cccme.org.cn/products/detail-8075269.aspx

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1.2. Software para la administración de estacionamientos 7

1.2. Software para la administración de estacionamientos

En esta sacción se presentan dos de los sistemas de estacionamiento utilizados principal-mente en la ciudad de Bogotá - Colombia.

Un sistema básico de administración de estacionamientos consta de una base de datospara la recolección de la información ingresada de los vehículos junto con sus respecti-vos datos como: número de patente, hora de ingreso, tiempo transcurrido de estaciona-miento, cobros y descuentos especiales, etc. Una primera visualización en los softwareadministrativos es la ventana de login en donde cada usuario operador del sistema in-gresa bajo su nombre y contraseña; todo esto para comenzar a tener una organización ycorrecto historial de los movimientos que se hagan dentro del software.

En la figura 1.8 se describe a grandes rasgos lo que básicamente debe contener un sistemasimple de recolección de datos para un control de estacionamientos, en donde se ingresala información requerida para cada casilla y de esta manera tener un mejor manejo enla disponibilidad de playas en determinada franja horaria. Adicionalmente el softwarepuede contar con diversidad de opciones e integración de distintas tecnologías como:registro fotográfico del vehículo, video de ingreso o salida, etc.

FIGURA 1.8: Formulario básico de ingreso a un estacionamiento15.

1.2.1. Sistema de estacionamiento de Ditel Ltda

Ditel (Diseños Técnicos Electromecánicos) es una empresa colombiana que inició sus ac-tividades en el año de 1991 con la instalación de equipos básicos de control vehicular.Dentro de sus productos cuentan con: Barreras automáticas, Molinetes de acceso peato-nal, Puertas automatizadas para garajes, Software de gestión de parqueaderos, etc.

En la figura 1.9 se visualiza el entorno principal del software que es utilizado para laadministración y control de estacionamientos. “La interface de video permite la capturade 4 fotografías asociadas a cada transacción; puede registrarse número de placa, tipo devehículo e imagen del conductor.”16

15http://grandiyasociados.com/spde-control-de-playas16http://www.ditelltda.com

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8 Capítulo 1. Introducción General

FIGURA 1.9: Sistema integral de gestión de parqueaderos - DitelPark17.

Las características de este software se presentan en la tabla 1.6

TABLA 1.6: Características principales del sistema DitelPark

Sistema operativo Bajo Windows XPProtocolo de comunicación RS-485

Acceso al software Multiusuario con privilegiosEstado del sistema Visualización de posición de barreras

Estadisticas Realiza reportes de facturación endías, semanas o meses específicos

Carriles Maximo 32 bidireccionalesBase de datos Relacionales en Paradox R© que no

requieren licenciamiento

En la figura 1.10 se muestra una herramienta de monitoreo de esta empresa para la veri-ficación de los lazos o nodos de comunicación. Dicha herramienta identifica los dispositi-vos conectados, permitiendo confrontar la información con la configuración del sistema.Además, también permite visualizar problemas generales o individuales de comunica-ción con los dispositivos.

17http://www.ditelltda.com

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1.2. Software para la administración de estacionamientos 9

FIGURA 1.10: Estado de comunicación de los dispositivos18.

En la figura 1.11 se aprecia el entorno de la herramienta que se utiliza para realizar unaoperación manual con las barreras vehiculares, la cual permite la apertura o cierre ensituaciones que sea necesario, también puede ser utilizada para la verificación del estadode comunicación de los nodos. “De igual forma, permite evaluar el tiempo de respuestaa un comando, teniendo en cuenta que las talanqueras incluyen un retardo a cualquiercomando de 1 - 2 segundos.”19

FIGURA 1.11: Herramienta de operación manual del sistema DitelPark20.

En una versión más reciente del sistema DitelPark, la comunicación entre dispositivos y elsoftware se hace mediante protocolo TCP/IP, permitiendo de esta manera una velocidadmás alta en la transmisión de la información y la facilidad para realizar las conexiones yconfiguraciones en estacionamientos de muchos carriles.

18http://www.ditelltda.com19http://www.ditelltda.com20http://www.ditelltda.com

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10 Capítulo 1. Introducción General

1.2.2. Sistema de estacionamiento de Parking S.A

Parking es una compañía colombiana líder en la industria de estacionamientos desde1978. “Hemos diseñado una aplicación para dispositivos móviles que facilita a nuestrosusuarios la búsqueda de espacio disponible, contribuyendo así en la disminución de con-gestión, contaminación y accidentalidad.“21

La imagen mostrada en la Figura 1.12 ilustra una parte de la aplicación desarrollada pa-ra la ubicación de los estacionamientos en la ciudad de Bogotá-Colombia. Dicha aplica-ción, compatible con diversidad de dispositivos como Android, iPhone, iPod, etc, ayudaal usuario a encontrar la ruta más fácil hacia el estacionamiento más cercano; de igualmanera permite conocer el precio por minuto que se está cobrando en determinado esta-cionamiento.

FIGURA 1.12: Aplicación para dispositivo celular22.

1.3. Motivación

Este trabajo fue realizado pensando en una alternativa económica y eficiente para el con-trol de estacionamientos en donde se realice la integración de algún tipo de barrera vehi-cular con un sistema implementado en la placa EDU-CIAA-NXP, todo esto con el fin depromover el uso y aprendizaje de las tecnologías desarrolladas a nivel nacional.

21http://parking.net.co/es/compania22http://parking.net.co/es/descarga-tu-app

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11

Capítulo 2

Introducción Específica

En este capítulo se define el lenguaje de programación, los accesorios del prototipo y lostemas específicos que se tuvieron en cuenta para el desarrollo del presente proyecto, enfo-cándolos principalmente hacia la placa EDU-CIAA-NXP para la completa programacióny puesta en marcha del modelo a escala de estacionamiento.

2.1. Plataformas de hardware utilizadas

2.1.1. Plataforma EDU-CIAA-NXP

La placa embebida EDU-CIAA-NXP es una plataforma simple y de bajo costo pensaday desarrollada principalmente para la enseñanza a nivel secundario, terciario y universi-tario. En la figura 2.1 se muestra la placa EDU-CIAA, desarrollada bajo requerimientosbasicos y necesarios para poder ser utilizada en la enseñanza. Tiene CPU de LPC4337,pines para entradas y salidas análogas, módulos para conectividad por protocolo de co-municación RS-485, RS-232, USB, Ethernet y CAN, I2C, SPI y GPIO, procesador ARMCortex-M4 de 32 bits a una frecuencia de 204 MHz y 1 MB de memoria flash.

FIGURA 2.1: Placa EDU-CIAA-NXP1.

En la figura 2.2 se observa un diagrama en bloques de la placa embebida EDU-CIAA. Eneste proyecto se utilizaron los bloques de USB Debug, RS-485, LEDs, RS-232 y un grupode GPIOS. El Firmware fue programado bajo el Sistema Operativo FreeRTOS tanto enla EDU-CIAA-NXP como en la FRDM-K64F y el software demostrativo se programó enVisual Studio Community con una base de datos en MySQL Workbench.

1http://www.proyecto-ciaa.com.ar/devwiki/doku.php?id=desarrollo:edu-ciaa:edu-ciaa-nxp

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12 Capítulo 2. Introducción Específica

FIGURA 2.2: Diagrama de bloques de la EDU-CIAA-NXP2.

2.1.2. Placa FRDM K64F

En la figura 2.3 se muestra la placa embebida FRDM-K64F, una plataforma de desarrollofreedom construida en el núcleo ARM Cortex-M4 de la serie Kinetis-K con microcontrola-dor MK64FN1M0VLL12 a una frecuencia máxima de funcionamiento de 120 MHz, 1 MBde memoria flash, 256 kB de RAM, un controlador USB de alta velocidad, un controladorEthernet y muchos periféricos analógicos y digitales. La FRDM-K64 es ideal para desa-rrollar aplicaciones que requieren alta densidad de memoria, baja potencia e integraciónoptimizada.

FIGURA 2.3: Placa FRDM K64F3.

Esta placa se utilizó especificamente para la tarea de verificación del estado de los 10 sen-sores infrarojos los cuales envían una señal a los GPIOs y posteriormente, estos valoresson enviados a la placa EDU-CIAA-NXP a través del protocolo RS-485.

Se usó esta placa en comunicación por protocolo RS-485 con la EDU-CIAA-NXP porque afuturo los sensores de cada posición estarán instalados a distancias mayores de un metro,por lo cual es necesario el uso de un eficiente medio de comunicación de la informaciónhacia la placa principal.

2http://www.proyecto-ciaa.com.ar/devwiki/doku.php?id=desarrollo:edu-ciaa:edu-ciaa-nxp3http://www.nxp.com

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2.1. Plataformas de hardware utilizadas 13

2.1.3. Impresora térmica de tickets y lector de código de barras

Los códigos de barras son un conjunto de lineas verticales con diferentes longitudes quecontinen información codificada de cadenas de caracteres alfanuméricos, permitiendoreconocer la información principal de articulos y productos.

Para el funcionamiento de este prototipo se utilizó el tipo de código de barras linealCODE128 el cual es ampliamente usado debido a que posee alta densidad y codificaciónde caracteres tanto numéricos como alfanuméricos pudiendo así representar todos loscaracteres de la tabla ASCII.

En la figura 2.4 se muestra la mini impresora termica ’CSN-A2 Micro panel printer’ utili-zada para la generación de Tickets de ingreso y salida.

FIGURA 2.4: CSN-A2 Micro panel printer4.

Esta mini impresora está conectada a la placa EDU-CIAA-NXP a través de la comunica-ción RS-232 a un baudrate de 19200. Algunos de los principales comandos utilizados porla impresora están descritos en la tabla 2.1

TABLA 2.1: Comandos principales usados en la mini-impresora CSN-A2

Descripción ASCII Decimal Hexadecimal

Inicialización ESC @ 27 64 1B 40Linea en blanco LF 10 0A

n lineas en blanco ESC J n 27 74 n 1B 4A nTamaño de caractér GS ! n 29 33 n 1D 21 n

Alinear texto ESC a n 27 97 n 1B 61 nSubrayar texto ESC - n 27 45 n 1B 2D n

Altura de barras GS h n 29 104 n 1D 68 nAnchura de barras GS w n 29 119 n 1D 77 n

Imprimir CODE128 GS k m n d1 d2.dn 29 107 m n d1 d2.dn 1D 6B m n d1 d2.dn

Dentro de los aspectos principales de la ’CSN-A2 Micro panel printer’ se encuentran lassiguientes caracteristicas:

• Input 5 Vdc - 1.5 A

4https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/CSN-A2+User+Manual.pdf

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14 Capítulo 2. Introducción Específica

• Printing with small, medium, large, bold, underline and inverted text

• Left, center and right justification

• Monochrome bitmap graphics, Barcodes in UPC A, UPC E, EAN13, EAN8, CO-DE39, I25, CODEBAR, CODE93, CODE128, CODE11 and MSI formats.

Para la lectura de los códigos en la salida vehicular se utilizó un lector de código de barraslineal "8200 1D Laser"la cual, por efectos de practicidad, está directamente conectada aun puerto USB del computador.

2.1.4. Sensores infrarojos

En el prototipo se utilizó un tipo de sensor infrarojo como el que se observa en la figura2.5 en cada una de las diez posiciones disponibles para el estacionamiento.

Este dispositivo infrarojo se usa normalmente como seguidor de linea en chasis motori-zados. Esta conformado por un sensor TCRT5000 el cual emite un haz infrarrojo que alser reflejado por el obstaculo es detectado por el fotodiodo el cual genera una señal que escomparada por el integrado LM393. La distancia de deteccion máxima preajustada estáentre 5mm y 30mm. Posee un led que enciende cuando el sensor detecta un obstaculo.

FIGURA 2.5: Sensor infrarojo Tracker Ir Tcrt50005.

2.2. Alcance del proyecto

El presente trabajo incluye el dispositivo embebido EDU-CIAA-NXP con su respectivaprogramación para que funcione con un expedidor de tikets, un lector de código de ba-rras, software administrativo básico de entorno visual para la demostración del funciona-miento de todo el sistema el cual será utilizado por el usuario final, además se utilizaranpequeños sensores infrarojos para la emulación de los sensores loop detector y un dis-play 7 segmentos para la emulación de la matriz de leds que estará ubicada en la entradadel estacionamiento.

5http://www.monarcaelectronica.com.ar

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2.3. Objetivos y requerimientos 15

2.3. Objetivos y requerimientos

Uno de los principales objetivos de este proyecto es utilizar la placa embebida EDU-CIAA-NXP para desarrollar el modelo a escala del sistema automatizado para una playade estacionamiento, seguidamente, se tuvo en cuenta los siguientes requerimientos:

• Todo automóvil debe ser detectado antes de iniciar el proceso de ingreso al estacio-namiento.

• Un botón/pulsador enviará una señal a la EDU-CIAA para la generación de ticketde ingreso. Este botón estará desactivado en ausencia de automóvil.

• Un display en la entrada para visualizar la cantidad de lugares existentes dando aentender que no se permitirá el ingreso de vehiculos si en el display se visualiza elnumero cero.

• La barrera vehicular se abrirá con el botón/pulsador al ingresar, o con la lectura delcódigo de barras en el ticket de salida.

• Para salir, al usuario se le entregará un nuevo ticket con código de barras el cualserá generado por el software a partir del ticket de ingreso.

• El ticket de salida será escaneado para permitir la apertura de la barrera.

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17

Capítulo 3

Diseño e Implementación

En este capitulo de detallan los aspectos importantes de programación y los diagramasde conexión de la EDU-CIAA-NXP con los demas dispositivos.

3.1. Fabricación del prototipo a escala

Para realizar la demostracion del funcionamiento del sistema de estacionamiento se llevóa cabo la fabricación de un modelo a escala como el que se muestra en la figura 3.1

FIGURA 3.1: Prototipo para demostración del funcionamiento del sistema

En el diagrama de bloques de la figura 3.2 se muestra la relación que se estableció entrelos diferentes dispositivos descritos en el capítulo 2.

La EDU-CIAA contiene el programa principal el cual interactúa directamente con el pul-sador de ingreso, el motor simulador de la barrera, la impresora y el display, a su vezse comunica con el software del PC a traves del puerto serie USB y con la placa FRDM-K64F a traves del puerto RS-485. El lector de código de barras se conectó directamente aun puerto USB del PC para fines prácticos en la interacción con el software.

En la tabla 3.1 se describen las conexiones hechas entre los diferentes dispositivos y lasdos placas embebidas.

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18 Capítulo 3. Diseño e Implementación

FIGURA 3.2: Diagrama de bloques del sistema

TABLA 3.1: Conexiones en las placas EDU-CIAA-NXP y FRDM-K64F

Dispositivo EDU-CIAA-NXP FRDM-K64F

Sensores infrarojos 10 GPIOs del Módulo J1Sensor de Ingreso GPIO0

Pulsador de ingreso GPIO1Motor DC (Barrera) TCOL1(abrir) - TFIL0(cerrar)

PC USB DebugImpresora térmica RS232 TX

Display 7 segmentos GPIO2(Dígito 1) - GPIO3(Dígito 2)GPIO4(A), GPIO5(B), GPIO6(C), GPIO7(D)(A,B,C,D) Conectados a integrado 74LS47

FRDM-K64F RS485 A - RS485 B

En la figura 3.3 se observa resaltado en el cuadro rojo el modulo GPIO J1 utilizado en laFRDM-K64F para la conexión de los diez sensores infrarojos.

FIGURA 3.3: Módulo de las conexiones en la placa FRDM-K64F1.

1http://www.nxp.com

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3.2. Implementación del firmware 19

3.2. Implementación del firmware

Para el desarrollo de la implementación se tuvo en cuenta la necesidad de crear variastareas que debían ser atendidas en tiempos concretos para que en el flujo de funciona-miento del sistema no existieran perdidas de información durante la ejecución de losdiferentes procesos. Es por esto que se optó por realizar la programación del firmwarebajo el sistema operativo FreeRTOS.

En la figura 3.4 se muestra el modelo de ciclo de vida utilizado para el desarrollo del firm-ware. Con este modelo iterativo se fueron obteniendo diversos prototipos de firmware encorrecto funcionamiento al término de cada iteración permitiendo realizar pruebas y ve-rificaciónes sin necesidad de tener el prototipo completamente finalizado.

FIGURA 3.4: Modelo en espiral para el desarrollo del firmware2.

Para la programación del pulsador de ingreso se tuvo en cuenta el requerimiento deque unicamente entra en funcionamiento cuando hay presencia de un automovil; de estamanera fue inplementada la tarea como se muestra en el algoritmo 3.1.

1 s t a t i c void Sensor_Entrada ( void ∗ pvParameters ) {2 u i n t 3 2 _ t Auto = 0 ;3 while ( 1 ) {4 switch ( Auto ) {5 case 0 : {6 i f ( ! gpioRead ( GPIO0 ) ) {7 gpioWrite (LEDG, OFF) ;8 Mensaje ( 2 ) ;9 Boton = Desactivado ;

10 Auto = 1 ;11 }12 break ;13 }14

15 case 1 : {16 i f ( gpioRead ( GPIO0 ) ) {17 gpioWrite (LEDG,ON) ;18 Mensaje ( 1 ) ;19 Boton = Arriba ;20 Auto = 0 ;21 }22 break ;23 }24 }25 }26 }

ALGORITMO 3.1: Programación de condición para el pulsador de ingreso.

2http://www.iedge.eu/wp-content/uploads/2011/09/IEDGE-ciclo-de-vida-desarrollo-software-4.jpg

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20 Capítulo 3. Diseño e Implementación

La impresora termica ’CSN-A2 Micro panel printer’ utiliza instrucciones para configura-ción y control e instrucciones para la impresión. Las instrucciones utilizadas en la pro-gramación de control y la impresión de codigos de barra se describe en el algoritmo 3.2.

1 Impresora ( Control_Impresora ) {2 // Fin del CODE128 = 03 // ESC = 274 // @ = 645 // GUION = 456 // LF = 107 // GS = 298 // k = 1079 // m = 73 (CODE128)

10 // CODE−B = 123 66 ( Alpha )11 // CODE−C = 123 67 ( Numerico )12 // H = 7213 u i n t 3 2 _ t C t r l [ 1 2 ] = { 0 , 2 7 , 6 4 , 4 5 , 1 0 , 2 9 , 1 0 7 , 7 3 , 1 2 3 , 6 6 , 6 7 , 7 2 } ;14

15 switch ( Control_Impresora ) {16 case I n i c i a l i z a r : {17 r s 2 3 2 P r i n t (& C t r l [ 1 ] ) ; //ESC18 r s 2 3 2 P r i n t (& C t r l [ 2 ] ) ; //@19 break ;20 }21

22 case LF : {23 r s 2 3 2 P r i n t (& C t r l [ 4 ] ) ; //\n\r24 r s 2 3 2 P r i n t (& C t r l [ 4 ] ) ; //\n\r25 break ;26 }27

28 case Code128 : {29 i n t n1 =50 , n2 =12; //n2 = Cantidad de c a r a c t e r e s en e l char Codigo [ ]30 char Codigo [ ] = { " codigo000000 " } ;31

32 xQueueReceive ( Cola_UART_RS232 , &Codigo , portMAX_DELAY) ;33 xSemaphoreTake (Mutex_UART_USB , portMAX_DELAY) ;34 uartSend ( 1 , Codigo , s i z e o f ( Codigo ) ) ;35 xSemaphoreGive (Mutex_UART_USB) ;36

37 // Texto ba jo e l Codigo de Barras38 r s 2 3 2 P r i n t (& C t r l [ 5 ] ) ; //GS39 r s 2 3 2 P r i n t (& C t r l [ 1 1 ] ) ; //H40 r s 2 3 2 P r i n t (&n1 ) ; //n141

42 // Configuracion para CODE12843 r s 2 3 2 P r i n t (& C t r l [ 5 ] ) ; //GS44 r s 2 3 2 P r i n t (& C t r l [ 6 ] ) ; //k45 r s 2 3 2 P r i n t (& C t r l [ 7 ] ) ; //m46 r s 2 3 2 P r i n t (&n2 ) ; //n247

48 r s 2 3 2 P r i n t (&Codigo ) ; //Codigo de Barras a imprimir49 r s 2 3 2 P r i n t (& C t r l [ 0 ] ) ; //Fin CODE12850 break ;51 }52 }53 }

ALGORITMO 3.2: Programación para controlar la impresora y generarcódigos de barra.

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3.3. Módulos de comunicación RS-232, RS-485 y USB 21

3.3. Módulos de comunicación RS-232, RS-485 y USB

Se utilizó el puerto USB debug para lo que es la comunicación serie de la EDU-CIAA-NXP con el PC, en donde se realiza el intercambio de información desde el firmwarehasta el software a través de un puerto COM a 115200 baudios.

El pin RS232TX de la EDU-CIAA-NXP fue conectado directamente al Pin Rs232Rx de laimpresora térmica la cual se conecta a 19200 baudios.

Finalmente, el prototipo utiliza diez sensores infrarojos para detectar la presencia de au-tos en cada posición. Estos sensores, dependiendo su estado, envían una señal alta o bajahacia la placa FRDM-K64F la cual tiene una tarea continua de recepción de dichas seña-les para posteriormente hacer un envío de información a la EDU-CIAA-NXP a través delprotocolo de comunicación RS-485.

3.4. Análisis y programación del software demostrativo

Principalmente, este software contiene una interfaz sencilla para la configuración de losparametros de comunicación con la placa EDU-CIAA-NXP a traves de un puerto seriecomo se muestra en la figura 3.5.

FIGURA 3.5: Ventana de configuración del puerto serie

El código utilizado para tal fin es el que se muestra en el algoritmo 3.3 el cual integrael recurso SerialPort versión 4.5.2.0 de Microsoft Corporation .NET nombrado SP UARTUSB.

1 . . .2 i f ( Btn_Conectar . Text == " Conectar " )3 {4 SP_UART_USB . BaudRate = I n t 3 2 . Parse (BRCOM) ;5 SP_UART_USB . DataBi ts = 8 ;6 SP_UART_USB . P a r i t y = P a r i t y . None ;7 SP_UART_USB . S t o p B i t s = S t o p B i t s . One ;8 SP_UART_USB . PortName = PCOM;9

10 t r y11 {12 SP_UART_USB . Open ( ) ;13 progressBar1 . Value = 5 0 ;14 Clases . Conexion_DB . Abrir_ConexionDB ( ) ;15 progressBar1 . Value = 1 0 0 ;16 Btn_Conectar . Text = " Desconectar " ;17 Clases . Conexion_DB . Cerrar_ConexionDB ( ) ;18 Lbl_Estado . ForeColor = Color . Green ;

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22 Capítulo 3. Diseño e Implementación

19 Lbl_Estado . Text = " Conectado . " ;20 SP_UART_USB . DiscardInBuffer ( ) ;21 SP_UART_USB . DiscardOutBuffer ( ) ;22 }23 catch ( Exception ex )24 {25 SP_UART_USB . Close ( ) ;26 progressBar1 . Value = 0 ;27 MessageBox . Show( ex . Message . ToStr ing ( ) ) ;28 }29 . . .

ALGORITMO 3.3: Programación para configurar el puerto serie del PC.

Al entrar en funcionamiento el firmware de la EDU-CIAA-NXP y si se cumple la condi-ción para habilitar el botón de ingreso, este al ser presionado envía una señal a la EDU-CIAA que a su vez envía un string al software el cual genera un código aleatorio para elregistro e ingreso del vehículo. El proceso para la generación de este código se muestraen el algoritmo 3.4.

1 . . .2 e l s e i f ( Buf fe r In . S tar tsWith ( " Boton " ) == true )3 {4 Random RCODE = new Random ( ) ;5 Codigo_Entrada = RCODE. Next (10000 , 100000) ;6 Txt_Codigo_Entrada . Text = "EEMBED" + Codigo_Entrada + "E" ;7

8 Entrada pEntrada = new Entrada ( ) ;9 pEntrada . ID_Codigo_E = Txt_Codigo_Entrada . Text . Trim ( ) ;

10 pEntrada . Fecha_Hora_E = DateTime .Now. ToStr ing ( ) ;11 . . .

ALGORITMO 3.4: Programación para generar código aleatorio.

Una vez generado este código aleatorio, es enviado a la base de datos que se muestra enla figura 3.6 y posteriormente el software regresa dicho string a la placa EDU-CIAA-NXPla cual utiliza el pin de comunicación RS232TX para hacerle llegar la información a laimpresora térmica.

FIGURA 3.6: Parte de la base de datos elaborada en MySQL Workbench

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23

Capítulo 4

Ensayos y Resultados

En este capítulo se muestran en detalle las pruebas realizadas durante la implementacióndel firmware y software teniendo en cuenta el modelo de diseño descrito en la anteriorfigura 3.4.

4.1. Pruebas de validación y mantenimiento del Firmware

Para la programación de las tareas del firmware en la EDU-CIA-NXP, se fueron imple-mentando y evaluando individualmente acorde a como se fuera verificando que dichatarea cumpliera con el requerimiento.

4.1.1. Prueba 1 - Comunicación por UART-USB

Se inició por la programación de la tarea para la comunicación por UART-usb con unpuerto serie-usb del PC. Se realizaron pruebas de integración enviando diferentes cade-nas de string desde el firmware hacia el software con un máximo de 12 caracteres loscuales eran identificados por el software que se encargaba de procesarlos y ejecutar de-terminada acción programada dando como resultado un correcto funcionamiento de estatarea.

En la figura 4.1 se observan algunas cadenas de caracteres enviadas desde la EDU-CIAAhacia un terminal de puerto serie.

FIGURA 4.1: Strings de prueba desde la EDU-CIAA hacia el PC

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24 Capítulo 4. Ensayos y Resultados

4.1.2. Prueba 2 - Pulsador de ingreso

Se programó el algoritmo 3.1 con su correspondiente máquina de estados para el pul-sador de ingreso. Se realizaron diferentes pulsaciones las cuales cumplian previamentecon la condición de activación del pulsador de ingreso para luego enviar una señal alsoftware el cual ejecutaba una tarea de generación de un código aleatorio de ingreso y laactivación del motor dc dando resultados satisfactorios de funcionamiento.

En la figura 4.2 se muestra el resultado obtenido al oprimir el pulsador de ingreso sin ycon la condición de presencia de vehículo.

En la parte izquierda se observa la barrera de color amarillo cerrada después de presionarel botón de ingreso sin haber un auto presente.

En la parte derecha de la imagen se muestra la barrera abierta después de presionar elbotón de ingreso estando presente un vehículo.

FIGURA 4.2: Pulsador en funcionamiento con el requerimiento de presen-cia vehicular al ingreso

4.1.3. Prueba 3 - Sensor de ingreso

La principal condición para la activación del pulsador de ingreso es que debe estar pre-sente un vehiculo; esto con el fin de evitar que se generen ingresos erroneos a la base dedatos o pulsaciones equivocadas de algúna persona dentro del estacionamiento.

En la figura 4.3 se observa una parte del software en donde se visualizan los strings quese envían desde la EDU-CIAA-NXP.

FIGURA 4.3: Visualización de strings en el software

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4.2. Pruebas de funcionamiento del modelo a escala 25

4.1.4. Prueba 4 - Impresión de código de barras

Seguidamente se realizó la programación del algoritmo 3.2 en donde se hicieron variosensayos de impresión con diferentes códigos de barra, se hicieron pruebas de configura-ción de control y configuración de caracteres para el formato CODE128 de la impresora.Después de varias iteraciones en el proceso de implementación de esta tarea, se obtuvocomo resultado la impresión correcta de los códigos de barra.

4.1.5. Prueba 5 - Sensores en la FRDM-K64F

Finalmente se realizó la implementación del firmware para la placa FRDM-K64F en lacual se replicó el mismo algoritmo 3.1 para la detección de la señal de cada sensor infra-rojo. Los ensayos con cada sensor dieron resultados correctos.

4.2. Pruebas de funcionamiento del modelo a escala

Se realizaron diferentes pruebas de funcionamiento sobre el prototipo las cuales dieronresultados correctos, demostrando así el funcionamiento apropiado del sistema imple-mentado.

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27

Capítulo 5

Conclusiones

5.1. Conclusiones generales

En este trabajo se desarrolló un prototipo de un sistema de estacionamiento basado enla plataforma EDU-CIAA-NXP con la FRDM-K64F como complemento para lectura desensores, siendo de esta manera un sistema completo, eficiente, económico y de sencillaintegración con las barreras electrónicas descritas en el capitulo 1 como wejoin y faac yaque estas cuentan con dos bornes para contacto seco, uno para apertura y otro para cierre.

Se utilizaron procedimientos de implementación y desarrollo aprendidos en varias asig-naturas durante el trascurso de la especialización, como son:

• Programación de microprocesadores: Se utilizaron recursos de programación enlenguaje C de sistemas embebidos llevando una buena praxis y organización en laimplementación de los algoritmos.

• Ingeniería de software: Se hizo uso de las temáticas vistas en clase, principalmentelas enfocadas hacia el proceso iterativo de ciclo de vida en el desarrollo del firmwa-re.

• Gestión de proyectos en ingeniería: Esa fue la asignatura base para llevar a cabotodo este trabajo de final de especialización ya que se usó un plan desglosado delproyecto para tener claridad en el desarrollo de cada tema específico.

• Sistemas operativos de tiempo real I: La programación de los microcontroladoresutilizados fue basada en el sistema operativo FreeRTOS ya que este cuenta con unaestructura flexible y organizada para la implementación eficiente y efectiva de cadatarea.

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