UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA PARA INCUBADORA AVÍCOLA

CON CONTROL DIFUSO Y LA PLATAFORMA LABVIEW

Adán Cortés de la Cruz - Oscar Arenas Rosales

Tesis de Licenciatura

presentada a la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica

de acuerdo a los requerimientos de la Universidad para obtener el título de

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

Directores de tesis:

Dr. Rafael Villela Varela y M. en I. Aurelio Beltrán Tellez

UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

Zacatecas, Zac., 5 de Diciembre de 2011

APROBACIÓN DE EXAMEN PROFESIONAL

Se aprueba por unanimidad el Examen Profesional de Adán Cortés de la Cruz - Oscar

Arenas Rosales, presentado el 5 de Diciembre de 2011 para obtener el título de:

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

Jurado:

Presidente: Dr. Rafael Villela Varela

Primer vocal: M. en I. Aurelio Beltrán Tellez

Segundo vocal: M.en C. Miguel Eduardo Gonzalez Elías

Tercer vocal: M.en I. Claudia Reyes Rivas

Cuarto vocal: MCN Andrés Ramírez Rodriguez

RESUMEN

Este documento esta basado en un sistema de Control Difuso de Temperatura el cual es

programado en la plataforma de LabVIEW y con sus herramientas Fuzzy, sistema que cuenta

también con un control digital de encendido y apagado para la humedad que esta se eleva

o disminuye apagando y encendiendo humidificadores. Este tipo de control se implementa

por primera vez en la institución, utilizando este software. Con este sistema esperamos a dar

pauta ha tesis que puedan utilizar este documento como base para otra nuevas y mejores tesis

profesionales.

Investigaciones previas de variables, desarrollo de los programas del control difuso, cir-

cuitos eléctricos y electrónicos que se encuentran en este documento, están basados en los

conocimientos que adquirimos en el transcurso de la carrera de Ingeniería Comunicaciones y

Electrónica y en investigaciones que corresponden a las variables que se controlan.

Se usan sensores comerciales y una tarjeta de adquisición de datos (NI USB DAQ 6009);

teniendo así la primera tesis realizada con esta tarjeta, fácil de usar y de entender su fun-

cionamiento y su enlace con el programa de LabVIEW, que es de la misma familia de la

National Instruments.

Se utilizan sensores de temperatura que proporcionan una señal de voltaje baja que es leída

por la tarjeta, la cual procesa y entrega otra señal, esta es enviada por la tarjeta a una etapa de

potencia la cual enciende según el proceso controlado, y así, el control trata de establecerse a

un nivel y lo logra sensando y procesando las señales y volviendo a hacer el mismo proceso

hasta llegar a su fin.

iii

iv

De: Adán Cortés de la Cruz

Ésta tesis, está especialmente dedicada las personas que no me han dejado caer en el camino,

a mis padres: José Abel Cortés Argüello y María Elena de la Cruz Salas, que con su apoyo

incondicional me han sacado adelante con sacrificios y que me han apoyado tanto en la

buenas como en las malas y lo mejor que a ellos les debo lo que soy ahora.

A mi hermano Néstor José Cortés de la Cruz que su apoyo de fraternidad y lealtad me ha

sabido entender y me ha hecho parte de su vida.

A mis seres queridos que se has adelantado en el camino, que se que donde quiera que estén

se que se encuentran orgullosos de que terminara esta carrera.

A mis familiares que con sus consejos y son su apoyo he salido adelante y he visto la vida de

una forma, que sin ello no la vería.

A mis amigos que han estado en la buenas y en las malas, en las tristezas como en las

alegrías y que siempre han estado al pie del cañón.

De: Oscar Arenas Rosales

Esta tesis se la dedico muy especialmente a mi padre Filemón Arenas Silva por apoyarme en

las buenas y las malas, para que yo tuviera una mejor preparación; “Gracias padre por tus

consejos y enseñanzas de la vida” porque sin ellos no estaría ahora culminando esta etapa

tan importante de mi vida; espero y te sientan tan orgullosos de mí como yo lo estoy de ti.

A mi mama Evangelina Rosales Esquivel que ya no se encuentran con nosotros pero sé que

desde algún lugar en el cielo estuvo cuidándome y apoyándome en todo momento.

A mi tía Ma Elena Rosales Esquivel por aguantarme todos estos años, y por tantas cosas que

hiciste por mí que no tendría suficientes líneas para explicar por qué te dedico mi tesis.

“Gracias por todo te quiero mucho”

A mis hermanos y hermanas que en mis momentos de estrés y tensión me apoyaron,

haciéndome sentir mejor para superar las dificultades en esta vida de estudiante.

A todos mis amigos que estuvieron a mi lado durante todo el transcurso de mi carrera

brindándome fraternidad en momentos agradables y de tristeza.

A todas las personas que han estado presentes en algún momento de mí vida y sobre todo de

mi carrera.

v

AGRADECIMIENTOS

De: ADÁN

Primeramente agradezco a mi padre Dios † por darme la perseverancia y la fuerza para

terminar mi carrera.

Un especial agradecimiento al Dr. Rafael Villela Varela como profesor por haberme apoyado

con este trabajo y por brindarme sus conocimientos durante la carrera y por la amistad que

hemos tenido durante todo el tiempo que he estado en la carrera como un amigo.

Agradezco también al M. en I. Aurelio Beltrán Tellez por su apoyo en la realización de este

trabajo; por ser un buen amigo.

A todos que compartieron sus conocimientos en los salones de clases además de su amistad

de cada uno de ellos y que me soportaron por todos los años durante la carrera.

De: OSCAR

Antes que nada un agradecimiento a dios por permitirme culminar esta etapa de mi vida y

por dejar a mis padres ver lo que con sus esfuerzos y consejos hoy se cristaliza.

Un especial agradecimiento al Dr. Rafael Villela Varela como profesor por haberme apoyado

con este trabajo y por brindarme sus conocimientos durante la carrera y como amigo por

brindarme su amistad y por compartir conmigo todos sus valores.

Agradezco también al M. en I. Aurelio Beltrán Tellez por su gran apoyo en la realización de

este trabajo; un buen amigo también lleno de valores.

A todos y cada uno de los profesores que me brindaron su amistad y sus conocimientos

durante el transcurso de la carrera con la intención de darnos una buena preparación y

formar profesionistas llenos de conocimientos y valores.

vi

Contenido General

Pag.

Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii

Lista de figuras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x

Lista de tablas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvi

Nomenclatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvii

1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1 Conceptos Generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1.1 Sistema de Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1.2 Instrumentos de Medición de Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1.3 ¿Cómo se implementa el control? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.1.4 ¿Qué es una incubadora? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2 Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.1 La Incubación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.2 Historia de Lógica Difusa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.3 Hipótesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.4 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.4.1 Objetivo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.4.2 Objetivos Específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.5 Justificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.5.1 Importancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.5.2 Conveniencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.5.3 Relevancia Social . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.5.4 Implicaciones Prácticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.5.5 Valor Teórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.5.6 Utilidades Metodológicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.6 Conceptos Generales y de Medición de Temperatura . . . . . . . . . . . . . . 121.6.1 Conceptos de Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.6.2 Control de Temperatura de Incubación . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.7 Alcances de la Tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.7.1 Alcances y limitaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.8 Contenido de la tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

vii

Pag.

2 Marco Teórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.1 Control de Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.1.1 Instrumentos de Medición de Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . 182.1.2 Sensores de Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.2 Control y Lógica Difusa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.2.1 Características del Control Difuso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.2.2 Controlador difuso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.2.3 Conjunto difuso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322.2.4 Funciones de pertenencia o funciones miembro . . . . . . . . . . . . . 33

2.3 LabVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.3.1 Programación en LabVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.3.2 Principales características . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382.3.3 Principales Usos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.4 Incubadoras e incubación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.4.1 La incubación natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.4.2 La incubación artificial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.4.3 Incubación en la actualidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.4.4 Tipos de incubadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.4.5 Desinfectar la incubadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

2.5 Humedad Relativa HR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492.6 Investigaciones Previas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3 Control Difuso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.1 ¿Qué es la lógica difusa? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543.1.1 Aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.1.2 Conceptos básicos de la lógica difusa . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573.1.3 Fuzzyficación, Funciones Miembro o de Membresia . . . . . . . . . . 583.1.4 Diferentes Formas de Funciones Miembro . . . . . . . . . . . . . . . . 593.1.5 Etiquetas del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3.2 Ejemplo de Control Difuso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613.3 Funcionamiento de la Lógica Difusa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

4 Tarjeta de Adquisición de Datos DAQ6008/6009 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

4.1 ¿Para qué sirve? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 754.2 ¿Qué puede hacer la tarjeta? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764.3 Conectar el Proceso a la Computadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

4.3.1 Selección del Hardware Adecuado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764.3.2 Descripción del hardware seleccionado . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

viii

Pag.

4.3.3 Entrada analógica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 784.4 Método para Configurar la Tarjeta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

4.4.1 Instalación de hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 814.4.2 Conector de I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

4.5 Características del Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834.5.1 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834.5.2 VI Logger (Registrador) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

4.6 Comprobación práctica de la tarjeta DAQ 6008/6009 . . . . . . . . . . . . . . 844.6.1 Conexión y configuración de entradas analógicas . . . . . . . . . . . . 864.6.2 Configuración y conexión de entradas y salidas digitales . . . . . . . . 91

5 Diseño del Sistema de Incubación(Incubadora) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

5.1 Descripción de la incubadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975.1.1 Idea de incubadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975.1.2 Fabricación de la Incubadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

5.2 Circuitería . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1095.2.1 Sensores de Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1095.2.2 Sensores de Humedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1105.2.3 Circuitería de Lámparas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1125.2.4 Circuitería de Ventiladores y Humidificadores . . . . . . . . . . . . . . 114

5.3 Programación en LabVIEW del Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1165.3.1 Diagrama de Bloques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1165.3.2 Panel Frontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1165.3.3 Control Difuso del Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

6 Pruebas y Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

6.1 Prueba número 1 “Temperatura y Humedad”. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1216.2 Prueba número 2 “Elevar la temperatura”. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1226.3 Prueba número 3 “Humedad con humidificadores”. . . . . . . . . . . . . . . . 1226.4 prueba número 4 “Elevar la Humedad con mayor superficie”. . . . . . . . . . . 1226.5 Prueba número 5 “Alcance de humedad”. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1236.6 Prueba número 6 “Variables que afectan la humedad”. . . . . . . . . . . . . . . 1236.7 prueba 7 “Calibración: sensores de humedad”. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1246.8 Prueba de la Incubadora para 39 C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

ix

Pag.

Trabajo Futuro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

Apéndices

Apéndice A: Sensor LM35DZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134Apéndice B: Software LabVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138Apéndice C: NI USB DAQ 6009 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159Apéndice D: Sensor HIH4010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163Apéndice E: Presupuesto de Prototipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

x

Lista de figuras

Figura Pag.

1.1 Modelado en Lazo Cerrado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2 Diagrama de Bloques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.3 Aves Empollando. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.4 Sistema de Control Básico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.1 Infrarrojo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.2 Termómetro Digital. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.3 Símbolo RTD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.4 Diagrama de Conexión del LM35DZ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.5 Estructura de Modelo Difuso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.6 Conjunto Difuso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.7 Algunas de las funciones miembro más habituales: (a) triangular, (b) trapezoidal,(c) gaussiana y (d) sigmoidal entre otras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.8 Panel Frontal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.9 Diagrama de Bloques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.10 Gallina en el Nido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

2.11 Polluelos Saliendo del Nido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.12 Incubadora de Alta Tecnología. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.13 Incubadora Industrial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

xi

Figura Pag.

2.14 Incubadoras Neonatales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2.15 Incubadora Bactereológica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2.16 Incubadora de Huevos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.1 Pasos para el Control Difuso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

3.2 Esquema de las funciones miembro para cada entrada de del proceso. . . . . . . . 58

3.3 Conceptos básicos de las función miembro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

3.4 Funciones de pertenencia comúnmente usadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3.5 Entradas y salidas del sistema de riego por aspersión. . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3.6 Ventana principal del controlador de lógica difusa (Fuzzy Logic Controller Design). 62

3.7 Componentes del conjunto difuso (Fuzzy Set Editor). . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.8 Componentes del conjuntos difusos (Fuzzy Set Editor) variable de salida. . . . . . 64

3.9 Componentes del conjuntos difusos (Fuzzy Set Editor) variable de entrada (Tem-peratura del aire). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.10 Componentes de los conjuntos difusos (Fuzzy Set Editor) segunda variable deentrada (Humedad del Suelo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

3.11 Componentes de los conjuntos difusos (Fuzzy Set Editor) variable de salida (Du-ración del Riego). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

3.12 Ejemplo de análisis de relación de entradas y salidas. . . . . . . . . . . . . . . . . 66

3.13 Editor de base de reglas (Rulebase Editor). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

3.14 Característica de las entrada / salida (Input / Output Characteristic). . . . . . . . . 68

3.15 Entorno físico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

3.16 Intersección de la primera variable de entrada Temperatura del Aire. . . . . . . . . 70

3.17 Intersección de la segunda variable de entrada Humedad del suelo. . . . . . . . . . 70

3.18 Salida Defuzzyficada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

xii

Figura Pag.

3.19 Centro de Gravedad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

4.1 Tarjeta de adquisición de datos 6008/6009. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

4.2 Diagrama de Bloques del Dispositivo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

4.3 Etiqueta de la señal del diagrama de aplicaciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

4.4 Terminales del conector de la tarjeta DAQ de la 1 a la 16. . . . . . . . . . . . . . . 83

4.5 Terminales del conector de la tarjeta DAQ de la 17 a la 32. . . . . . . . . . . . . . 84

4.6 Icono de “Measurement and Automation Explorer”. . . . . . . . . . . . . . . . . 85

4.7 Conexiones en la tarjeta DAQ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

4.8 Menú de funciones de Measurement I/O. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

4.9 Botón de DAQ Assist. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

4.10 Icono de instalación del asistente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

4.11 Ventana Create New Express Task. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

4.12 Tipos de señales de entrada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

4.13 Opciones de tipos de señales de entrada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

4.14 Selección de Pines Para los Sensores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

4.15 Asistente de DAQ para pruebas en LabVIEW. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

4.16 Cambiar nombre de cada una de las variables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

4.17 Diagrama de conexión de cada sensor o variable de entrada. . . . . . . . . . . . . 92

4.18 Panel Frontal y Diagrama de Bloques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

4.19 Botón de Stop Para la Aplicación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

4.20 Control de Entrada a la Tarjeta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

4.21 Asistente de Adquisición. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

4.22 Tamaño del Interruptor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

xiii

Figura Pag.

4.23 Constante de Valor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

4.24 Panel frontal y diagrama de bloques terminado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

5.1 Dibujo Previo de la Incubadora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

5.2 Carcasa, chasis o esqueleto de incubadora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

5.3 Charola de la Incubadora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

5.4 Charola Dentro de la Caja de Incubadora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

5.5 Incubadora con la Puerta Puesta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

5.6 Armellas para el Candado (Seguro). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

5.7 Vidrio de Aislamiento de Temperatura (Ambos lados de la ventana). . . . . . . . . 103

5.8 Respiración de la Incubadora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

5.9 Portavasos para recipientes con agua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

5.10 Ventiladores de expulsión y de expansión de calor. . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

5.11 Sockets para las lámparas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

5.12 Lámparas de 12 volts y 20 watts (Utilizadas para calentar). . . . . . . . . . . . . . 105

5.13 Forro de aislamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

5.14 Porta huevos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

5.15 Humidificadores de Vaso y de Charola. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

5.16 Charolas con Agua y Charola con Aserrín. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

5.17 Base con Tela de Mosquitero para Colocar la Base de Huevos, antes de ser instalada.108

5.18 Plataforma con Tela de Mosquitero para Colocar la Base de Huevos, después deinstalarla. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

5.19 Localización de los sensores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

5.20 Configuración de Conexión del LM35DZ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

xiv

Figura Pag.

5.21 Alimentación de Sensores LM35DZ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

5.22 Impreso de los Sensores de Humedad y Temperatura. . . . . . . . . . . . . . . . . 111

5.23 Circuito Impreso de los Sensores de Humedad y Temperatura. . . . . . . . . . . . 111

5.24 Configuración de Conexión del Sensor HIH-4010 de Humedad. . . . . . . . . . . 112

5.25 Configuración de Alimentación del Sensor HIH-4010. . . . . . . . . . . . . . . . 112

5.26 Fuentes de Voltaje de 15 volts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

5.27 Diagrama de conexión de las Lámparas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

5.28 Etapas de Potencia para las Lámparas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

5.29 Circuito Completo de Humidificadores y Ventiladores. . . . . . . . . . . . . . . . 115

5.30 Fuente de Voltaje de 12 V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

5.31 Diagrama de Bloques del programa del sistema difuso. . . . . . . . . . . . . . . . 117

5.32 Panel de Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

5.33 Universo del Discurso de Temperatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

5.34 Universo del Discurso de Error de Temperatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

5.35 Universo del Discurso de Voltaje de Lámparas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

5.36 Reglas Difusas de 1 a 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

5.37 Reglas Difusas de 16 a 30. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

5.38 Reglas Difusas de 31 a 35. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

6.1 Gráfica de Temperatura Cuando se Abre la Puerta. . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

6.2 Gráfica de Humedad Cuando se Abre la Puerta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

B.1 Panel Frontal y Diagrama de Bloques LabVIEW. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

B.2 Barra de Herramientas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

B.3 Paletas y Herramientas de LabVIEW (Funciones, Controles y Herramientas). . . . 142

xv

Figura Pag.

B.4 Ventana de Ayuda Contextual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

B.5 Paleta de Herramientas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

B.6 Paleta de Gráficas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

B.7 Waveform Graph/Chart. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

B.8 Paleta de Funciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

B.9 Ventana de Inicio LabVIEW. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

B.10 Paleta de Funciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

B.11 Ciclos For y While. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

B.12 Funciones Booleanas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

B.13 Elementos en Panel Frontal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

B.14 Todos los Elementos sin Hilar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

B.15 Obtención de un Botón. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

B.16 Diagrama Listo para la Ejecución. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

B.17 Ventana de inicio para ingresar a FLCD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

B.18 Ventana Principal del FLCD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

B.19 Ventana del Editor de Datos del FLCD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

B.20 Menús a) Especificaciones I/O b) Añadir y eliminar variables y términos de I/O. . 156

B.21 Menú Edit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

B.22 Editor de reglas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

B.23 Ventana de pruebas (Características de entrada/salida). . . . . . . . . . . . . . . . 158

xvi

Lista de tablas

Tabla Pag.

4.1 Diferencias entre la DAQ 6008 y la 6009 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

4.2 Exactitud absoluta precisión a escala completa (simple). . . . . . . . . . . . . . . 80

4.3 Exactitud absoluta precisión a escala completa (diferencial). . . . . . . . . . . . . 80

4.4 Características de salidas analógicas 6008/6009. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

6.1 Prueba de humedad con incrementos de 10 KΩ en el potenciómetro de calibración. 125

6.2 Prueba de humedad con incremento de 1 KΩ de 41 a 43 KΩ en el potenciómetrode calibración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

6.3 Lecturas de humedad más exactas para 40 y 42 KΩ. . . . . . . . . . . . . . . . . 126

E.1 Presupuesto de la Incubadora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

E.2 Presupuesto de la Incubadora (continuación). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

xvii

Nomenclatura

A Ampere.

ABS Antilock Braking System (Sistema de Frenado de Antibloqueo).

Al Aluminio.

AWG American Wire Gauge (Calibre de Alambre Americano).

C Grados Celsius.

CD Compact Disc (Disco Compacto)

COG Centro de Gravedad o Método del Centroide.

Cr Cromo.

Cu Cobre.

CUF Compensación de Unión Fría.

CO2 Dióxido de Carbono.

2D Bidimensional.

3D Tridimensional.

DAQ Tarjeta de Adquisición de Datos.

DC Corriente Directa.

xviii

DFIR Difusión Fraternal de Información Relevante.

DLL Dynamic-link library (Biblioteca de Enlace Dinámico).

E/S Entrada Sobre Salida.

F Grados Fahrenheit.

FLCD Fuzzy Logic Controller Designe (Controlador de Diseño de Lógica Difusa).

FPGA Field Programmable Gate Array (Campo de Matriz de Compuertas Program-

ables).

FSQL Fuzzy Structured Query Language (Lenguaje de Consulta Estructurado Fuzzy).

GND Ground (Tierra).

GPIB General-Purpose Instrumentation Bus (Propósito General de Instrumentación de

Bus).

HIL Hardware-In-The-Loop (Hardware en el Bucle).

HMI Interfaz Hombre Máquina.

HR Humedad Relativa.

HZ Hertz.

In Por las siglas en inglés de Entrada.

KS/s Kilomuestras por segundo.

KΩ Kilohms.

LabV IEWLaboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench (Programa de Lenguaje

de bloques “laboratorio de instrumentación virtual para ingeniero.”).

LCD Liquid Crystal Display (Display de Cristal Liquido).

xix

LED Light-Emitting Diode (Diodo Emisor de Luz).

LHC Large Hadron Collider (Gran Colonizador de Hadrones).

LLVM Low Level Virtual Machine (Máquina Virtual de Bajo Nivel).

mA miliamperes.

MAC Macintosh Operating System (Sistema Operativo Macintosh).

MatLab MATrix LABoratory (Laboratorio de Matriz).

MAX Measurement and Automation Explorer (Medición y Explorador de Automati-

zación).

MHz Megahertz.

µA microamperes.

µV microvolts.

mV milivolts.

N Nitrógeno.

NET Network o Internet.

NI National Instruments.

Ni Níquel.

NT New Technology (Nueva Tecnología).

NTC Coeficiente Negativo de la Temperatura.

O Oxígeno.

Ω Resistencia Eléctrica (Ohms).

OPC OLE for Process Control.

xx

OS Sistema Operativo.

OUT Siglas de Salida en Inglés.

PAC Controladores de Automatización Programables.

PC Personal computer (Computadora Personal).

PD Controlador Proporcional Derivativo.

PDE Ecuación Diferencial Parcial.

PI Controlador Proporcional Integral.

PIC Peripheral Interface Controller (Controlador de Interface Periférica).

PID Controlador Proporcional Integral Derivativo.

PLC Controlador Lógico Programable.

Pt Platino.

PTC Positivo Coeficiente de la Temperatura.

PXI Personal eXtensions for Instrumentation (Extensiones Personales para Instru-

mentación).

Rh Rodio.

RMS Root Mean Square (Raíz de Media Plaza o Valor Eficaz).

RT Real Time (Tiempo Real).

RTD Detectores de Temperatura Resistivos.

SCADA Supervisory Control And Data Acquisition (Control de Supervision y Adquisición

de Datos) .

Si Silicio.

xxi

SSl Seguridad para Servicios Web.

Tab Tabulador.

TCP Transmission Control Protocol.

TDMS Test Data Migration Server (Datos de Prueba de Migración del Servidor).

UDP User Datagram Protocol (Usuario de Protocolo de Datagrama) .

USB Universal Serial Bus (Bus Serial Universal).

±V e ± Voltaje de Entrada de Fuente Dual.

V Volts.

V cd Voltaje Corriente Directa.

V Is Instrumentos Virtuales.

V out Voltaje de Salida.

V supply Voltaje de Fuente.

V XI Virtualización Experience Infrastructure (Experiencia de Virtualización de la In-

fraestructura).

W Watts.

Capítulo 1

Introducción

En la antigüedad no se sabía cómo medir la temperatura, pero eso no significaba que no

supieran controlar la temperatura en cierto modo; por ejemplo, una persona sabía que al mo-

mento de tener algún alimento cocinándose en el fuego, era posible calentarlo con poco fuego

pero esto tardaba mucho en obtener el producto final de esta cocción. Aunque, no se tenía un

instrumento para medir la temperatura, podían seguir con sus vidas, a pesar de que esto era un

sistema de prueba y error, pues tener que hacer una prueba de cómo cada alimento reaccionaba

con un mínimo o con un máximo de fuego.

En este documento, se describe el procedimiento de la elaboración de un sistema de control

difuso con la plataforma de LabVIEW, el cual es un software de programación de bloques de

cuarta generación; el control tendrá características de un control de temperatura general, esto

es, que puede funcionar en cualquier requerimiento de control de temperatura, desde un cuarto

frío hasta un horno casero o industrial.

El sistema se tendrá que poner en práctica con alguna aplicación útil, por lo cual se ha

escogido un sistema de incubación de huevos de gallina para controlar su temperatura en un

recinto pequeño en el cual se colocarán estos y tratar de hacer que empollen.

2

1.1 Conceptos Generales

1.1.1 Sistema de Control

En un sistema de control, se puede definir como un método en el cual se tiene el control

de un proceso ya sea manual o automáticamente, sin importar cuál sea de estos dos tipos de

control, siguen siendo un sistema de control. Hay sistemas de control biológico y mecánico.

Por ejemplo, en nuestro cuerpo tenemos muchos tipos de sistemas de control como el de

nuestro de temperatura del cuerpo que se regula por medio de la respiración, también el sistema

locomotor de nuestras extremidades, y así muchos otros sistemas de control que tenemos en

nuestro cuerpo; también como mencionó existen un incontable número de sistemas de control

mecánicos desde un pequeño reloj hasta un sistema complejo de control de una planta nuclear.

1.1.2 Instrumentos de Medición de Temperatura

Se considera, que el personaje que atendió el problema de medir la temperatura es de

Galileo Galilei, y así se consideró como pionero de la medición de la temperatura con el in-

vento que comenzó con este tipo de instrumentos, y así, construye el termoscopio en 1592,

que utiliza la contracción del aire al enfriarse para hacer ascender agua por un tubo. En 1612

Santorre Santorio da un uso médico al termómetro. 1714 Daniel Gabriel Fahrenheit inventa el

termómetro de mercurio, y por supuesto le dio su nombre a una de las escalas de temperatura

más comunes que son los grados Fahrenheit. En 1821 T.J. Seebeck inventa el termopar, el cual

consiste en la unión de un par de metales que producen voltaje si se les aplica una fuente calorí-

fica, así la medición es rápida y sólo depende de las características físicas de cada elemento que

conforma el termopar. En 1864, Henri Becquerel sugiere un pirómetro óptico instrumento que

es capaz de medir la temperatura de una sustancia sin necesidad de estar en contacto con ella.

El término se suele aplicar a aquellos instrumentos capaces de medir temperaturas superiores a

los 600 grados Celsius. El rango de temperatura de un pirómetro se encuentra entre -50 grados

Celsius hasta 4000 grados Celsius. Una aplicación típica es la medida de la temperatura de

metales incandescentes en molinos de acero o fundiciones. Pero no fue sino hasta el año 1892

cuando se fabricó el primer pirómetro óptico, creado por Henri-Louis Le Chatelier. Mientras se

3

desarrollaba todo esto del pirómetro; Calender-Van Duesen inventa 1885 el sensor de tempera-

tura de resistencia de platino. De los años del 1900 hasta la fecha se han hecho descubrimientos

y técnicas para medir la temperatura donde no sólo se han descubierto y modernizados los ter-

mómetros, pues no sólo son actualizaciones físicas sino también digitales utilizando equipos

de cómputo por medio de programación de software como C, LabVIEW, Borland, etc; todo

esto con una interface o tarjetas de adquisición de datos.

1.1.3 ¿Cómo se implementa el control?

La aplicación de un control típico de cualquier tipo es de forma sistemática y se hace

presente en varios pasos para la modelación y la implementación del mismo, como en los

siguientes ejemplos:

Anteriormente para hacer este tipo de diagrama se utilizaban varios pasos y varios instru-

mentos de medición así también como de procesos, como el modelado del sistema. Como se

muestra en la siguiente figura 1.1.

Figura 1.1 Modelado en Lazo Cerrado.

Para implementar un control típico con controles como PI, PD y PID; aun en la actualidad se

usan y tienen como elementos indispensables; una computadora que funciona como la interfaz

con el usuario, la cual tiene instalada en su hardware una tarjeta de adquisición de datos la cual

interactúa de forma inmediata con la interfaz (equipo de cómputo) y con la consola del Módulo

Elvis, que hace un acoplamiento de señal para que la tarjeta de adquisición de datos la procese;

con este módulo obtenemos la señal de control que pasa a una etapa de potencia la cual eleva

la señal del control a un valor que pueda poner a funcionar la planta (Sistema a Controlar).

4

Con la ayuda de un sensor adecuado para la planta, obtenemos una señal que se usa para

compararla con la señal anterior y así poder controlar según se requiera, tal señal entra a la

tarjeta de adquisición de datos para ser registrada en la base de datos del equipo de cómputo.

Y a todo esto le llamamos control automático, al cual sólo tendremos que darle los datos o las

características deseadas por los usuarios.

Para esta tesis, se reducen los elementos de lazo cerrado para un sistema de control au-

tomático, y así facilitar el sistema de control.

Figura 1.2 Diagrama de Bloques.

Después de cargar el programa a la tarjeta de adquisición datos DAQ que proporciona por lo

general un bajo voltaje (solo de algunos pocos volts) colocamos una etapa de potencia que nos

eleve el voltaje necesario en las lámparas que calientan la el interior de la incubadora durante

el proceso, y así el sensor o sensores medirán la temperatura que se tenga en la incubadora y

la señal que obtengamos de esté, se amplificará y retroalimentará a la tarjeta de adquisición y

comparará este dato del sensor con el valor deseado y volverá a ser el mismo ciclo y así hasta

que la parrilla tenga la temperatura deseada, como se muestra en la figura 1.2.

5

1.1.4 ¿Qué es una incubadora?

Se denomina incubadora a un dispositivo de diferente tipo que tienen la función común de

crear un ambiente con la humedad y la temperatura adecuada para el crecimiento o reproduc-

ción de seres vivos ovíparos. En casos extraordinarios al anterior se puede tener incubadoras

para seres vivos mamíferos como por ejemplo las incubadoras para bebes prematuros o con

enfermedades o para algunos animales que necesitan mantenerse a una buena temperatura.

Los principales tipos de incubadora son los que se utilizan en neonatología, las de uso en

microbiología y las destinadas a la reproducción de especies ovíparas, incluyendo la produc-

ción comercial de huevo.

1.2 Antecedentes

1.2.1 La Incubación

En las últimas décadas, se han descubierto nuevas y mejores formas de la fabricación de

incubadoras de huevos de granjas de gallinas y de casa.

La forma más barata pero no tan segura de incubar un huevo o varios era la tener una caja

de cartón o de madera y un simple foco de cualquier cantidad de watts y solo unos recipientes

de agua para vaporizar el ambiente y así tener una buena humedad dentro del recinto.

Otra de las formas para incubar son las revolucionarias incubadoras con controles de vari-

ables adecuadas para incubación de las diferentes especies de aves de corral, las cuales cuentan

con la mejor tecnología de control para tener un excelente ambiente. Con esto se tiene mejor

calidad de incubación y por consecuencia mayor producción avícola (véase figura 1.3).

1.2.2 Historia de Lógica Difusa

A mediados de la década del 60 el Profesor Lotfi Zadeh, de la Universidad de California

en Berkeley, introdujo su teoría de los conjuntos difusos (fuzzy), donde la idea de pertenencia

de un elemento a un determinado conjunto, pertenece o no pertenece, sino que pertenece en un

cierto grado.

6

Figura 1.3 Aves Empollando.

Las funciones que vinculan al elemento con su grado de pertenencia, se llaman member-

ship functions. Basándose sobre esta idea, se construyó nuevamente toda la teoría de conjun-

tos, redefiniendo intersección, unión, operadores lógicos (AND, OR), otras operaciones y sus

propiedades.

En lo referente a la lógica, aparecen nuevas alternativas respecto de la lógica tradicional,

puesto que, al evaluar una proposición, ya no es verdadera o falsa sino que la misma tiene un

cierto grado de veracidad, y que a su vez depende del grado de veracidad de sus premisas.

De aquí al utilizar fuzzy logic en la evaluación de reglas, todas las reglas cuyas premisas

tengan algún grado de veracidad, influirán también en cierto grado a la solución del problema.

Es decir toda regla que sepa algo opina [1]. En la actualidad se busca mejorar y optimizar los

procesos de control, para esto se trata de utilizar la lógica difusa o Fuzzy Logic, como se le

nombra hoy en día; la lógica difusa se va abriendo camino en la ingeniería de control difuso.

El control de temperatura antiguo o común, se puede decir que es eficaz pero no tiene una

respuesta de proceso tan rápida como la que tiene el control difuso.

Con respecto a los avances que tiene ahora la ingeniería de control, es notorio que los al-

goritmos y los programas son realmente sofisticados para la implementación de este tipo de

control; el control difuso es algo nuevo en el campo pero es realmente revolucionario pues

7

los proyectos son factibles y de muy alta vanguardia. Sea por aceptación, curiosidad o de-

sconfianza, uno de los temas que está en la boca de las personas dedicadas al control es el

de fuzzy control. De cualquier forma, a nadie se le escapa la importancia y la actualidad del

mismo. Esto se observa en los artículos de las revistas especializadas cuando se lee sobre sus

cualidades para desarrollar sistemas de control robustos, sencillos, económicos y de rápida

implementación; cuando aparecen avisos.

Publicando cámaras de video fuzzy, lavadoras que emplean fuzzy logic para determinar

las condiciones de lavado, sistemas ABS con fuzzy logic para automóviles, sistemas de aire

acondicionado, subterráneos con controles fuzzy, etc, o gran cantidad de compañías japonesas

introducen controles fuzzy en sus nuevos productos, y que el furor está llegando a los EE.UU.

donde se esperaba un volumen de mercado de 10,000 millones de dólares para 1998 [1].

Existe una gran gama de sensores de temperatura, y en muchas presentaciones. Hay varios

tipos de sensores que actúan gracias a líquidos, gases, vapores y mercurio. Muchos de estos

tipos de sensores son utilizados en el control de temperatura y se utilizan también en el control

difuso para adquirir parámetros que nos ayuden con algoritmo de control difuso.

En un recinto, en el cual se tengan protocolos de control de temperatura, aire, humedad,

etcétera; se requiere un control que responda más rápida y efectivamente a una respuesta a

los cambios que tenga tal recinto; éste puede ser desde una recamara hasta una gran bodega

donde se tenga materia que se pueda dañar con los cambios de estado. Los algoritmos están

diseñados para que el operador sea el que especifique el modo del control según su necesidad

y sus propias especificaciones.

1.3 Hipótesis

La pregunta de investigación para este trabajo es la siguiente: ¿Es factible diseñar y cons-

truir un sistema de control difuso de temperatura que cumpla con los requerimientos de efi-

ciencia, economía y sencillez?

Lo anterior conlleva a plantear la siguiente hipótesis:

8

Si es posible diseñar e implementar un sistema de control difuso usando el software Lab-

VIEW que logre alcanzar y mantener el nivel deseado de temperatura dentro de un recinto; el

sistema debe ser eficiente, barato y sencillo.

Otras Hipótesis serían:

1. Si es posible controlar un sistema de incubación de huevos con una tarjeta de adquisición

de datos DAQ 6008/6009 de la National Instruments; para realizar esta tesis es suficiente

con las herramientas y el equipo que se encuentran en los laboratorios de esta Unidad

Académica.

2. Si es viable obtener este sistema de control para fines empresariales para fabricar en

serie.

1.4 Objetivos

1.4.1 Objetivo General

Diseñar e implementar, un sistema de control difuso, usando LabVIEW, que logre alcanzar

y mantener el nivel deseado de la temperatura en el interior de una incubadora de huevos de

ave. El sistema debe ser eficiente, económico y sencillo.

1.4.2 Objetivos Específicos

• Construir una maqueta prototipo para hacer pruebas.

• Aprender el uso del dispositivo DAQ 6008/6009 NI, para el intercambio de datos con el

proceso.

• Diseñar y construir los circuitos necesario para los sensores y las etapas de potencia para

las cargas.

• Aprender la programación del control difuso en LabVIEW.

• Diseñar y construir un sistema de despliegue del valor de temperatura.

9

1.5 Justificación

1.5.1 Importancia

Tener el control de temperatura del ambiente que nos rodea, y que el equipo informe de la

temperatura en que se encuentra y la manipule según se necesite durante el proceso.

Por lo tanto, el control de temperatura es útil en muchas de estas actividades desde la tem-

peratura de un calentador de agua de una casa hasta realizar tareas de una planta de producción;

estos ejemplos son simples en los cuales se pueden aplicar éste dispositivo, pero en otras activi-

dades del hombre tiene también aplicación, como en las incubadoras usadas frecuentemente en

el sector agropecuario.

El Estado de Zacatecas es predominantemente el sector agropecuario y minero, ya que

el desarrollo industrial es incipiente. Una alta proporción de la población zacatecana vive

mayormente de los productos del campo, como la cría de aves de corral y de parcelas de

granos, legumbres, verduras, entre otros productos. Una manera de apoyar a las pequeñas

empresas avícola es desarrollar un sistema sencillo y barato que permita incubar huevos de

ave, para así, aumentar la producción de carne y huevo de gallina, lo que permitiría aumentar

los ingresos de esas empresas y creación de nuevos empleos en este sector económico. Por

lo anterior se considera que este proyecto de tesis tiene relevancia social, en nuestro entorno

socio-económico.

En este proyecto con sensores de temperatura que proporcionan señales de voltaje a una

etapa de potencia que funcioné como amplificador y que deja en condiciones de ser leídas para

una tarjeta de adquisición de datos (DAQ 6008/6009 NI) conectada a un puerto USB de una

computadora.

El programa en LabVIEW determinará las acciones que se deberán efectuar para lograr

mantener la temperatura en el nivel deseado para el usuario.

Las señales de control serán enviadas desde la tarjeta de adquisición hacia una etapa de

potencia que proporcionará los niveles de voltaje y corriente requeridos por los actuadores

(Ventiladores y calefactores).

10

La computadora será necesaria durante todo el proceso la edición del programa y una vez

terminado este, la computadora será necesaria para cargar el programa y ejecutarlo en la tarjeta

de adquisición de datos que no se podrá desconectar la computadora y también se seguirá uti-

lizando el paquete de LabVIEW. El sistema propuesto tiene un bajo costo ya que solo requiere

de alguna circuitería, la tarjeta DAQ 6008/6009 NI y solo temporalmente el uso de la computa-

dora y el uso de LabVIEW. Pues el programa puede volverse ejecutable y no se necesitará usar

el software solo una PC para correr el programa.

Otra ventaja de este sistema consiste en que usando la misma tarjeta de adquisición es posi-

ble controlar varias incubadoras o algunos otros procesos agropecuarios como automatización

de bebederos y comederos de aves de corral.

El sistema de control de temperatura para una incubadora deberá ser fácil de operar para

facilitar el trabajo del personal responsable.

Otro aspecto importante de este proyecto es que permite la aplicación de los conocimientos

que adquirimos durante nuestra formación como Ingenieros en Electrónica y Comunicaciones,

para demostrar que los egresados de esta carrera somos capaces de solucionar problemas reales.

1.5.2 Conveniencia

El sistema que diseñamos en este documento de tesis, trata de manera general el uso de

control difuso en un ambiente de programación de bloques que es considerado de cuarta gen-

eración (LabVIEW); en sistemas de calefacción, dando pauta a que investigaciones posteriores

no solo de temperatura sino, con una gran variedad de variables y procesos.

Con esta investigación se pretende fundamentar tesis posteriores, las cuales requieran co-

nocimiento de implementación del control difuso en la plataforma de LabVIEW.

Mejorar la calidad de tesis futuras con respecto a este proyecto, ya que en la escuela fre-

cuentemente se han hecho algunas tesis que son repeticiones de tesis previas sobre controles

típicos sin aportar alguna mejora o innovaciones.

11

1.5.3 Relevancia Social

Los alumnos que estudien la orientación de control podrán acceder a la información rela-

cionada con la investigación de nuestra tesis, ya que los que quieran saber más del tema del

control difuso (Logic Fuzzy), será utilizado en sistemas con tecnologías mejores, como es el

LabVIEW y MatLab.

Todo esto a razón de que no se tiene la suficiente información sobre bibliografía de control

difuso implementado en sistemas reales. Este proyecto puede ayudar económicamente a las

personas dedicadas a la crianza de aves y mejorar sus condiciones de vida y al mismo tiempo

aumentaría su producción de huevo y pollo.

1.5.4 Implicaciones Prácticas

Esta investigación trata de resolver los problemas que surgen día con día en diversos cam-

pos de investigación de controles de temperatura, principalmente en el sector agropecuario. No

existe mucho material de investigaciones previas sobre control difuso, pues como nos hemos

dado cuenta actualmente en la Universidad Autónoma de Zacatecas no hay muchas tesis de-

sarrolladas en este tema; pues bien, nuestra tesis consiste en implementar control difuso, cen-

trándose en el control de temperatura. Así esto servirá para tesistas futuros que ocupen la

información de nuestra tesis y así tener más claro cómo implementar este tipo de control en

sistemas de incubación.

1.5.5 Valor Teórico

Con esta investigación, enfatizamos la aplicación de la lógica difusa (fuzzy logic). Con esto

muchos de los alumnos podrán implementarlo y aplicarlo a diversos problemas que se tienen

en la actualidad, como control de motores (velocidad), de flujo, etcétera.

12

1.5.6 Utilidades Metodológicas

La metodología que se utilizó para esta investigación hace referencia al conjunto de pro-

cedimientos basados en principios lógicos. Utilizando la lógica difusa se puede alcanzar una

amplia gama de objetos que rigen la investigación científica.

Con esta investigación, no solo se puede utilizar la lógica difusa en un control de tempe-

ratura sino de diversas aplicaciones del control electrónico. Así mismo con esta investigación,

puede ser utilizada como base en las investigaciones posteriores de la lógica difusa (fuzzy

logic).

1.6 Conceptos Generales y de Medición de Temperatura

1.6.1 Conceptos de Control

Los sistemas de control según la Teoría Cibernética se aplican en esencia para los organis-

mos vivos, las máquinas y las organizaciones.

Estos sistemas fueron relacionados por primera vez en 1948 por Norbert Wiener en su obra

Cibernética y Sociedad con aplicación en la teoría de los mecanismos de control.

Un sistema de control está definido como un conjunto de componentes que pueden regular

su propia conducta o la de otro sistema con el fin de lograr un funcionamiento predeterminado,

de modo que se reduzcan las probabilidades de fallos y se obtengan los resultados buscados.

Hoy en día los procesos de control son síntomas del proceso industrial que estamos viviendo.

Estos sistemas se usan típicamente en sustituir a un trabajador pasivo que controla un determi-

nado sistema (ya sea eléctrico, mecánico, etc.) con una posibilidad nula o casi nula de error,

y un grado de eficiencia mucho más grande que el de un trabajador. Los sistemas de control

más modernos en ingeniería automatizan procesos en base a muchos parámetros y reciben el

nombre de Controladores de Automatización Programables (PAC) [3].

Los sistemas de control deben conseguir los siguientes objetivos:

• Ser estables y robustos frente a perturbaciones y errores en los modelos.

13

• Ser eficiente según un criterio preestablecido evitando comportamientos bruscos e irrea-

les.

Los sistemas de control son aquellos dedicados a obtener la salida deseada de un sistema

o proceso. En un sistema general se tienen una serie de entradas que provienen del sistema a

controlar, llamado planta; y se diseña un sistema para que, a partir de estas entradas, modifique

ciertos parámetros en el sistema o planta, con lo que las señales anteriores volverán a su estado

normal ante cualquier variación (véase figura 1.4 ) [2].

Figura 1.4 Sistema de Control Básico.

Hay varias clasificaciones dentro de los sistemas de control. Atendiéndose a su naturaleza

son analógicos, digitales o mixtos; también a su estructura (número de entradas y salidas),

puede ser control clásico o control moderno; lo cual su diseño pueden ser por lógica difusa, o

redes neuronales [2].

Los principales tipos de sistemas de control son:

1. Sí/No. En este sistema el controlador enciende o apaga la entrada y es utilizado, por

ejemplo, en el alumbrado público, ya que éste se enciende cuando la luz ambiental es

más baja que un nivel predeterminado de luminosidad.

2. Proporcional (P). En este sistema la amplitud de la señal de entrada al sistema afecta

directamente la salida, ya no es solamente un nivel prefijado sino toda la gama de niveles

de entrada. Algunos sistemas automáticos de iluminación utilizan un sistema P para

determinar con qué intensidad puede encender lámparas dependiendo directamente de la

luminosidad ambiental.

14

3. Proporcional derivativo (PD). En este sistema, la velocidad de cambio de la señal de

entrada se utiliza para determinar el factor de amplificación, calculando la derivada de la

señal.

4. Proporcional integral (PI). Este sistema es similar al anterior, solo que la señal se inte-

gra en vez de derivarse.

5. Proporcional integral derivativo (PID). Este sistema combina los dos tipos anteriores.

6. Redes neuronales. Este sistema modela el proceso de aprendizaje del cerebro humano

para aprender a controlar la señal de salida.

En estos casos el tipo de control utilizado, es seleccionado por reglas de control y depende

mucho de la planta que se está controlando, así con esto podemos elegir el tipo de control que

es necesario para cada sistema a controlar.

1.6.2 Control de Temperatura de Incubación

La temperatura corporal de la gallina varía ligeramente entre los primeros días de in-

cubación y los últimos, siendo de unos 38.5 C al comienzo, hasta algo más de 39.5 C al

final del proceso. No obstante, en la práctica esta pequeña diferencia puede obviarse y man-

tener todo el proceso con temperatura regulada a 39.5 C con los mismos resultados.

El proceso de formación y nacimiento de los polluelos es muy sensible a la temperatura de

permanencia del huevo, de tal forma que puede decirse que si la temperatura se mantiene por

debajo de 38.6 C por largos períodos la eficiencia de la incubación se reduce y puede incluso

ser cero. Peor es el caso cuando la temperatura sobrepasa los 40 C, con esta temperatura el

proceso de deteriora y casi todos los polluelos mueren o los huevos se pudren.

Se ha observado que el rango de temperatura es muy estrecho, lo que significa que un factor

muy importante para el éxito de la incubación radica en utilizar un sistema de regulación de

la temperatura que sea sensible al intervalo de 1 C, para así lograr que toda la incubación se

realice entre 38.5 y 39.5 C.

15

1.7 Alcances de la Tesis

1.7.1 Alcances y limitaciones

Son muchos los requerimientos y funcionalidades del control difuso al igual que la pla-

taforma LabVIEW para cumplir con la propuesta del control de temperatura ideal para una

bodega en la que existen muchas variaciones de humedad y temperatura.

Esta propuesta no se enfocará a controladores clásicos tales como PI o PID, sino que se

usará programación de control difuso mediante el programa LabVIEW y completando con

varios circuitos electrónicos (sensores, tarjetas de adquisición de datos, etc.)

Con el tema que estamos realizando para la elaboración de la tesis, en este documento se

está recopilando mucha de la información sobre el tema de control difuso con base en la lógica

difusa (Logic Fuzzy), y también la aplicación en el software de LabVIEW, el cual contiene una

librería orientada a la lógica difusa.

Al término de esta investigación se tendrá el método de cómo aplicar el control difuso,

tanto su análisis como su programación de bloques en la plataforma antes ya mencionada.

Por otro lado, esta tesis no solo quedará en cálculos y en simulaciones, sino que se imple-

mentará en un sistema práctico, y para esto se requiere diseñar y construir un prototipo de una

incubadora avícola, en la cual se pondrá a prueba la implementación y análisis del control de

temperatura para verificar que la incubación se desarrolle adecuadamente.

1.8 Contenido de la tesis

El desarrollo de la presente tesis se ha realizado según los capítulos siguientes.

Capitulo I.- Se determina el ¿Qué?, ¿Dónde?, ¿Cuándo? ¿Por qué? y ¿Cómo?, también se

determinan los objetivos específicos, su justificación los alcances y limitaciones del proyecto

que se ha realizado.

Capitulo II.- Contiene todo el material teórico que se puede incluir para la realización de

esta investigación y el desarrollo del sistema. Este material contiene algunos de los proyectos

anteriores en los cuales se ha experimentado algo similar o igual pero con algunas característi-

cas diferentes, y así recopilar información valiosa acerca de nuestro de tema de incubadoras.

16

Capitulo III.- Trata sobre la historia, el desarrollo, las técnicas utilizadas que se llevan a

cabo en un análisis de lógica difusa o mejor dicho en el control difuso y su forma de progra-

mación en la plataforma de LabVIEW.

Capitulo IV.- Aquí se muestra la tarjeta de adquisición de datos, sus características tanto

físicas como de configuración de sus terminales de entrada/salida y de alimentación y su pro-

gramación de cada puerto.

Capitulo V.- Se muestra el diseño y el desarrollo de cómo se realizó la maqueta que servirá

para hacer las pruebas pertinentes, y se muestran las dimensiones que tendrá esta misma;

además de su programación en LabVIEW y la circuitería de cada uno de sus componentes

para su funcionamiento.

Capitulo VI.- Se muestran las pruebas hechas y los resultados que han obtenido de estas

pruebas y las nuevas cosas que se le pueden agregar o quitar para el buen funcionamiento del

sistema.

Conclusiones.- Aquí damos nuestras opiniones personales del sistema o aclaraciones a

nosotros mismos.

Apéndices.- Aquí se muestra una sección donde presentamos hojas de datos de artículos

electrónicos, temas que utilizamos para la realización de la tesis, glosario, entre otras cosas

más las cuales apoyan al tema de tesis.

Capítulo 2

Marco Teórico

El diseño de este sistema fue elaborado bajo ciertos conocimientos de programación de

bloques, de control de temperatura, de lógica difusa para la aplicación del control difuso y

también bajo conocimientos de incubadoras e incubación de huevos de ave. Esto es el resultado

de la implementación de un sistema de temperatura con control difuso y LabVIEW instalado

en una incubadora de huevos de gallina.

2.1 Control de Temperatura

Un sistema de control de temperatura, que obtiene su señal del ambiente mediante un sensor

y la señal obtenida es tratada, ya sea analógicamente o digitalmente (según el tipo de señal que

se utilice). Todo esto pasa por un sistema de control, el cual toma por sí mismo la decisión

de activar o desactivar, aumentar o disminuir, el proceso que estará encargando de mantener la

temperatura ambiente en un sistema térmico. Por ejemplo, en un control de un refrigerador o de

un horno eléctrico, el sistema de control se encarga de disminuir la temperatura, en el caso del

refrigerador es tratar de mantener un nivel de enfriamiento y en el caso del horno eléctrico es

aumentar y disminuir según sea necesario o establecer un nivel de calefacción que se requiera

para cada alimento o valores deseados que dependen del usuario.

El sistema diseñado, no se desvía de la filosofía que ha tenido durante muchos años el

control. Un sistema realimentado, basado en sistemas de lazo cerrado; el método que utilizó

es el mismo que se usa en este diseño, únicamente se ha mejorado la tecnología y la técnica de

18

control difuso, la cual utiliza lógica difusa (Logic Fuzzy), además de usar una plataforma de

programación por bloques (LabVIEW).

El control de temperatura no pierde esa esencia que ha tenido por décadas, con este sis-

tema que se ha desarrollado, se puede mejorar el sistema de recintos tan pequeños como una

incubadora para los niños prematuros, hasta enormes bodegas donde se requiera regular la

temperatura.

El control de temperatura, consta de uno o de varios sensores dependiendo de cada situación

en la que se aplique, donde la señal de estos entran a un proceso detección de la variable que

se va ha medir, los cuales haces que los controladores hagan sus funciones como tales, para

después pasar a una etapa de potencia y de acondicionamiento para evitar daños en la planta

y esta se dirige a la salida, en donde se vuelve a tener que censar y realizar el mismo proceso

hasta obtener el valor deseado de la temperatura.

En la actualidad se tiene sensores de temperatura, los cuales son utilizados en diferentes

y sofisticados medidores. La necesidad de obtener datos de temperatura muy elevados, dan

como resultado nuevas tecnologías como: Medidores de temperatura que pueden medir cifras

altas como la temperatura de algún material fundido hasta cifras bajas como las de sustancias

frías teniendo como ejemplo el Nitrógeno (N); todo mediante luz infrarroja como los nuevos

termómetros médicos que se tienen en la actualidad.

2.1.1 Instrumentos de Medición de Temperatura

Alguno de los instrumentos que tenemos hoy en día para la medición son:

• Cámaras Infrarrojas. Estas, utilizan sensores enfriados al vacío que son más susceptibles

a variaciones electromagnéticas, y usan una serie de gama de colores infrarrojos, para

así, determinar la temperatura (véase figura 2.1).

• Termómetros Digitales. Los cuales, mediante un sensor de temperatura parecido al de las

cámaras infrarrojas obtiene la temperatura exacta de un objeto a distancia, para mayor

precisión tiene un laser para apuntar directo a la zona que se va a medir o al objeto. No

sólo este tipo de termómetros se encuentran como medidores infrarrojos y termómetros

19

digitales que funcionan al contacto con un cuerpo con temperatura; como son los orales,

rectales, de brazo, y así una gran variedad de termómetros digitales. Estos utilizan unos

de los sensores comerciales (véase figura 2.2).

(a) Imagen Infrarroja. (b) Cámara Infrarroja.

Figura 2.1 Infrarrojo.

Figura 2.2 Termómetro Digital.

Se puede decir que esto es lo último en tecnología, pero no son los únicos, aun así, se

siguen usando los aparatos “comunes”, por decirlo de alguna forma; los cuales siguen siendo

efectivos y por supuesto confiables, y son usados según su rango de medición. Como los son:

1. Termómetros de líquido:

• De mercurio:

– De -39 C (punto de congelación del mercurio) a 357 C (su punto de ebulli-

ción),

20

– Portátiles y permiten una lectura directa. No son muy precisos para fines cien-

tíficos.

• De alcohol coloreado:

– Desde - 112 C (punto de congelación del etanol, el alcohol empleado en él)

hasta 78 C (su punto de ebullición), cubriendo por lo tanto toda la gama de

temperaturas que hallan normalmente en nuestro entorno.

– Es también portátil, pero todavía menos preciso; sin embargo, presta servicios

cuando más que nada importa su cómodo empleo.

2. Termómetros de gas:

• Desde - 27 C hasta 1477 C

• Muy exacto, margen de aplicación extraordinario. Más complicado y se utiliza

como un instrumento normativo para la graduación de otros termómetros.

3. Termómetros de resistencia de platino:

• Es el más preciso en la gama de -259 C a 631 C, y se puede emplear para medir

temperaturas hasta de 1127 C

• Depende de la variación de la resistencia a la temperatura de una espiral de alambre

de platino

• Reacciona despacio a los cambios de temperatura, debido a su gran capacidad tér-

mica y baja conductividad, por lo que se emplea sobre todo para medir temperaturas

fijas.

4. Par térmico (o pila termoeléctrica):

• Consta de dos cables de metales diferentes unidos, que producen un voltaje que

varía con la temperatura de la conexión.

• Se emplean diferentes pares de metales para las distintas gamas de temperatura,

siendo muy amplio el margen de conjunto: desde -248 C hasta 1477 C.

21

• Es el más preciso en la gama de -631 C a 1064 C y, como es muy pequeño, puede

responder rápidamente a los cambios de temperatura.

5. Pirómetros:

• El pirómetro de radiación se emplea para medir temperaturas muy elevadas.

• Se basa en el calor o la radiación visible emitida por objetos calientes

• Es el único termómetro que puede medir temperaturas superiores a 1477 C [7].

La mayoría de los termómetros que se usan hoy en día tienen un sistema electrónico que

consta de un sensor del cual obtienen una señal que es procesada para así, mostrar un resultado

en una pantalla LCD; el cual será el valor medido del cuerpo.

Ahí, una gran variedad de sensores comerciales como; semiconductores o componentes

eléctricos.

2.1.2 Sensores de Temperatura

Aunque en este documento no se hizo un estudio a fondo de lo que son los sensores, se

hace una descripción muy general, dado que de estos se obtienen la señal requerida a controlar.

Un sensor en un dispositivo que realiza la conversión física, como temperatura, distancia,

presión, velocidad; a un valor que es más fácil medir. La palabra sensor deriva del término en

latín “sensus”, que significa “sentido o sensación”. La utilidad de los sensores es muy diversa

y se utilizan para la adquisición de datos en el sistema de instrumentación.

El sensor proporciona una magnitud eléctrica que está en función de los cambios que se

producen, debido a la variación del fenómeno físico que se está estudiando. Hay que conocer

muy bien el transductor que se utiliza y la relación que se establece entre la variación física

y la variación eléctrica y si hace falta, adaptar ésta última de manera que pueda leer un valor

exacto de la magnitud física que se quiera medir.

Los sensores se utilizan en muchos ámbitos de la ciencia y la tecnología. En investi-

gación, se utilizan sensores especializados y de alta sensibilidad para el seguimiento de los

experimentos. En las técnicas de automatización se utilizan tanto sensores estándar como los

22

desarrollados para finalidades específicas. En el caso de equipamientos básicos, se utilizan

principalmente sensores de baja calidad, pero que funcionen de forma fiable, y que no tengan

mantenimiento [9].

La gran variedad de sensores puede clasificarse, primero, según la magnitud física que

quiere detectarse y después, según su principio de funcionamiento.

Existen varios tipos de sensores de temperatura que se emplean para la medición, la cual

sirve para la adquisición de datos para el proceso de control que se requiera. Entre estos

sensores se tiene:

Termopares. Es un circuito formado por dos metales distintos que produce un voltaje

siempre y cuando los metales se encuentren a temperaturas diferentes.

En electrónica, los termopares son ampliamente usados como sensores de temperatura. Son

económicos, intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces de medir un amplio

rango de temperaturas. Su principal limitación es la exactitud ya que los errores del sistema

inferiores a un grado centígrado son difíciles de obtener.

El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila. Tanto los ter-

mopares como las termopilas son muy usados en aplicaciones de calefacción a gas.

En 1822 el físico Thomas Seebeck descubrió accidentalmente que la unión entre dos me-

tales genera un voltaje que es función de la temperatura. Los termopares funcionan bajo este

principio, el llamado efecto Seebeck. Si bien casi cualquier par de metales pueden ser usados

para crear un termopar, se usa un cierto número debido a que producen voltajes predecibles y

amplios gradientes de temperatura.

Un termopar de tipo K producirá 12,2 mV a 300 C. Desafortunadamente no es posible

conectar un voltímetro al termopar para medir este voltaje porque la conexión a las guías del

voltímetro hará una segunda unión no deseada. Para realizar mediciones precisas se debe

compensar al usar una técnica conocida como Compensación de Unión Fría (CUF).

La ley de los metales intermedios dice que un tercer metal introducido entre dos metales

distintos de una unión de termopar no tendrá efecto siempre y cuando las dos uniones estén

a la misma temperatura. Esta ley es importante en la construcción de uniones de termopares.

Es posible hacer una unión termopar al estañar dos metales, ya que la estañadura no afectará

23

la sensibilidad. En la práctica, las uniones termopares se realizan con soldaduras de los dos

metales (por lo general con una carga capacitiva) ya que esto asegura que el desempeño no esté

limitado al punto de fusión de una estañadura.

Por lo general, la temperatura de la unión fría es detectada por un termistor de precisión en

buen contacto con los conectores de salida del instrumento de medición. Esta segunda lectura

de temperatura, junto con la lectura del termopar es usada por el instrumento de medición

para calcular la temperatura verdadera en el extremo del termopar. Para aplicaciones menos

críticas, la CUF es usada por un sensor de temperatura semiconductor. Al combinar la señal

de este semiconductor con la señal del termopar, la lectura correcta puede ser obtenida sin la

necesidad o esfuerzo de registrar dos temperaturas. La comprensión de la Compensación de

Unión Fría (CUF) es importante; cualquier error en la medición de la temperatura de la unión

fría terminará en el error de la temperatura medida en el extremo del termopar.

Además de lidiar con la CUF, el instrumento de medición debe enfrentar el hecho de que la

energía generada por un termopar es una función no lineal de la temperatura. Esta dependencia

se puede aproximar por un polinomio complejo (de 5o a 9o orden dependiendo del tipo de

termopar). Los métodos análogos de linealización son usados en medidores termopares de

bajo costo.

Los termopares están disponibles en diferentes modalidades, como sondas. Estas últimas

son ideales para variadas aplicaciones de medición, por ejemplo, en la investigación médica,

sensores de temperatura para los alimentos, en la industria y en otras ramas de la ciencia.

A la hora de seleccionar una sonda de este tipo debe tenerse en consideración el tipo de

conector. Los dos tipos son el modelo estándar, con pines redondos y el modelo miniatura, con

pines chatos, siendo estos últimos (contradictoriamente al nombre de los primeros) los más

populares.

Otro punto importante en la selección es el tipo de termopar, el aislamiento y la construc-

ción de la sonda. Todos estos factores tienen un efecto en el rango de temperatura a medir,

precisión y confiabilidad en las lecturas [10].

Tipos de termopares

24

• Tipo K (Cromo (Ni−Cr) / Aluminio (aleación de Ni−Al)): con una amplia variedad

de aplicaciones, está disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. Tienen un

rango de temperatura de −200 C a +1.200 C y una sensibilidad 41µV/C aprox.

• Tipo E (Cromo / Constantán (aleación de Cu−Ni)): No son magnéticos y gracias a

su sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico.

Tienen una sensibilidad de 68 µV/ C.

• Tipo J (Hierro / Constantán): debido a su limitado rango, el tipo J es menos popular

que el K. Son ideales para usar en viejos equipos que no aceptan el uso de termopares

más modernos. El tipo J no puede usarse a temperaturas superiores a 760 C ya que

una abrupta transformación magnética causa una descalibración permanente. Tienen un

rango de −40 C a +750 C.

• Tipo N (Nicrosil (Ni−Cr−Si / Nisil (Ni−Si)): es adecuado para mediciones de alta

temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de altas temper-

aturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que son más caros.

Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los más estables, pero debido a su baja sensi-

bilidad (10 µV/ C aprox.) generalmente son usados para medir altas temperaturas (superiores

a 300 C).

• Tipo B (Platino (Pt)−Rodio (Rh)): son adecuados para la medición de altas temperaturas

superiores a 1.800 C. El tipo B por lo general presentan el mismo resultado a 0 C y 42

C debido a su curva de temperatura/voltaje.

• Tipo R (Platino (Pt)−Rodio (Rh)): adecuados para la medición de temperaturas de hasta

1.600 C. Su baja sensibilidad (10 µV/C) y su elevado precio quitan su atractivo.

• Tipo S (Hierro / Constantán): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los

1.600 C, pero su baja sensibilidad (10 µV/C) y su elevado precio lo convierten en un

instrumento no adecuado para el uso general. Debido a su elevada estabilidad, el tipo S

es utilizado para la calibración universal del punto de fusión del oro (1064,43 C).

25

• Tipo T es un termopar adecuado para mediciones en el rango de -200 C a 0 C. El

conductor positivo está hecho de cobre y el negativo, de constantán.

Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de los tipos B, R y S, tienen

además una resolución menor. La selección de termopares es importante para asegurarse que

cubren el rango de temperaturas a determinar [10].

RTD. Los detectores de temperatura resistivos (RTD - Resistance Temperature Detector)

son sensores de temperatura basados en la variación de la resistencia de un conductor con la

temperatura. Su símbolo es el siguiente, en el que se indica una variación lineal con coeficiente

de temperatura positivo (figura 2.3).

Figura 2.3 Símbolo RTD.

Al calentar un metal hay una mayor agitación térmica, dispersándose más los electrones

y reduciéndose su velocidad media, aumentando la resistencia. A mayor temperatura, mayor

agitación, y mayor resistencia.

La variación de la resistencia puede ser expresada de manera polinómica como sigue a con-

tinuación. Por lo general, la variación es bastante lineal en márgenes amplios de temperatura.

R = R0 · (1 + α ·∆T ) (2.1)

De la (2.1) tenemos que:

• R0 es la resistencia a la temperatura de referencia T0.

• ∆ T es la desviación de temperatura respecto a T0 (∆T = T − T0).

• α es el coeficiente de temperatura del conductor especificado a 0 C, interesa que sea de

gran valor y constante con la temperatura.

26

Termistor. Es un tipo de resistor con resistencia el variar según su temperatura. La palabra

es una combinación de termal y resistor. Samuel Rubén inventó el termistor en 1930, y fue

concedido en E.E.U.U. No. de la patente 2.021.491.

Los termistores son ampliamente utilizados como los limitadores actuales del inrush, los

sensores de temperatura, los protectores de la sobreintensidad de corriente del self-resetting, y

elementos de calefacción autorreguladores.

Asumiendo, como aproximación de primer orden, que es la relación entre la resistencia y

la temperatura linear, entonces [11]:

∆R = k∆T (2.2)

Donde:

• ∆ R = cambio en resistencia.

• ∆ T = cambio en temperatura.

• k = coeficiente de primer orden de la temperatura de resistencia.

Los termistores se pueden clasificar en dos tipos dependiendo de la muestra de k. Si K

es positivo, la resistencia aumenta con el aumento de temperatura, y el dispositivo se llama

un positivo coeficiente de la temperatura (PTC) termistor. Si k es negativo, la resistencia dis-

minuye con el aumento de temperatura, y el dispositivo se llama coeficiente negativo de la

temperatura (NTC) termistor. Los resistores que no son termistores se diseñan para tener a k

cerca de cero como sea posible, de modo que su constante del resto de la resistencia esta sobre

una gama de temperaturas ancha.

Los termistores se diferencian de los detectores de la temperatura de la resistencia en que

el material usado en un termistor es generalmente es de cerámica o un polímero, mientras que

metales puros del uso de RTD’s. La respuesta de la temperatura es también diferente; RTD’s

es gamas de temperaturas más grandes del excedente útil.

Bimetal. Es una tira bimetálica se utiliza para convertir un cambio de temperatura en el

desplazamiento mecánico. La tira se compone de dos franjas de diferentes metales que se

27

expanden a un ritmo diferente, ya que se calientan, por lo general de acero y cobre , o en

algunos casos de latón en lugar de cobre.

Las tiras se unen entre sí en toda su longitud por remachado o soldadura. Las expansiones

diferentes vigor la tira plana para doblar una manera si se calienta, y en la dirección contraria si

se enfría por debajo de su temperatura inicial. El metal con el mayor coeficiente de expansión

térmica está en el lado exterior de la curva cuando la tira se calienta y en el lado interno cuando

se enfría.

El desplazamiento lateral de la banda es mucho mayor que la expansión longitudinal pe-

queños en cualquiera de los dos metales. Este efecto se utiliza en una amplia gama de dispo-

sitivos mecánicos y eléctricos. En algunas aplicaciones, la tira bimetálica se utiliza en forma

plana. En otros, se envuelve en una bobina de compacidad. La mayor longitud de la versión en

espiral da una mayor sensibilidad.

Este tipo de sensor tiene algunas aplicaciones muy comunes en relojes, termómetros, ter-

mostatos, dispositivos eléctricos y calor de motores [12].

Sensor LM35DZ. Es un sensor de temperatura integrado de precisión, cuya tensión de sa-

lida es linealmente proporcional a la temperatura en C (grados centígrados). El LM35DZ por

lo tanto tiene una ventaja sobre los sensores de temperatura lineal calibrada en grados Kelvin;

que el usuario no está obligado a restar una gran tensión constante para obtener grados centígra-

dos. El LM35 no requiere ninguna calibración externa o ajuste para proporcionar una precisión

típica de ± 1.4 C a temperatura ambiente y ± 3.4 C a lo largo de su rango de temperatura

(de -55 a 150 C). El dispositivo se ajusta y calibra durante el proceso de producción. La baja

impedancia de salida lineal y la precisa calibración inherente, permiten la creación de circuitos

de lectura o control especialmente sencillos. El LM35DZ puede funcionar con alimentación

simple o alimentación doble (+y−).

Requiere sólo 60 µA para alimentarse, y bajo factor de auto-calentamiento, menos de 0,1

C en aire estático. El LM35DZ está preparado para trabajar en una gama de temperaturas

que abarca desde los -55 C bajo cero a 150 C, mientras que el LM35C está preparado para

trabajar entre -40 C y 110 C (con mayor precisión).

Características:

28

• Calibrado directamente en grados Celsius (Centígrados).

• Factor de escala lineal de +10 mV/C.

• 0,5oC de precisión a +25 C.

• Rango de trabajo: -55 C a +150 C.

• Apropiado para aplicaciones remotas.

• Bajo coste.

• Funciona con alimentaciones entre 4 V y 30 V.

• Menos de 60 µA de consumo.

• Bajo auto-calentamiento (0,08 C en aire estático).

• Baja impedancia de salida, 0,1 W para cargas de 1 mA.

Diagrama de conexión figura 2.4.

En el apéndice A, se muestran las curvas de respuestas de este sensor de temperatura.

2.2 Control y Lógica Difusa

La lógica difusa es una metodología que proporciona una manera simple y elegante de

obtener una conclusión a partir de información de entrada vaga, ambigua, imprecisa, con ruido

o incompleta, en general la lógica difusa imita como una persona toma decisiones basada en

información con las características mencionadas. Una de las ventajas de la lógica difusa es la

posibilidad de implementar sistemas basados en ella tanto en hardware como en software o en

combinación de ambos. La lógica difusa se basa en lo relativo de lo observado. Este tipo de

lógica toma dos valores aleatorios, pero contextualizados y referidos entre sí [15].

La lógica difusa (Fuzzy Logic) ha surgido como una herramienta importante para el con-

trol de subsistemas y procesos industriales complejos, así como también para la electrónica de

entretenimiento y hogar, sistemas de diagnóstico y otros sistemas expertos. Aunque la lógica

29

Figura 2.4 Diagrama de Conexión del LM35DZ.

difusa se inventó en Estados Unidos, el crecimiento rápido de esta tecnología ha comenzado

desde Japón y ahora nuevamente ha alcanzado USA y también Europa. La lógica difusa es

todavía un boom en Japón, el número de cartas patentando aplicaciones aumenta exponencial-

mente. Principalmente se trata de aplicaciones más bien simples de lógica difusa.

La palabra Fuzzy ha llegado a ser una palabra clave para vender. Los artículos electrónicos

sin componentes difusas se están quedando gradualmente desfasados. Como una mordaza,

que muestra la popularidad de la lógica difusa, cada vez es más frecuente un sello con “fuzzy

logic” impreso sobre el producto. En Japón la investigación sobre lógica difusa es apoyada

ampliamente con un presupuesto enorme.

La lógica difusa es básicamente una lógica multievaluada que permite valores interme-

dios para poder definir evaluaciones convencionales como sí/no, verdadero/falso, negro/blanco,

etcétera. Las nociones como “más bien caliente” o “poco frío” pueden formularse matemática-

mente y ser procesados por computadoras. De esta forma se ha realizado un intento de aplicar

una forma más humana de pensar en la programación de computadoras. La lógica difusa se

30

inició en 1965 por Lotfi A. Zadeh, profesor de ciencia de computadoras en la Universidad de

California en Berkeley.

En esencia un controlador lógico difuso, contiene un algoritmo que es capaz de convertir

una estrategia de control lingüística en una estrategia de control automático. Con la lógica

difusa se pueden diseñar aplicaciones para que las máquinas respondan con mayor inteligencia

a la imprecisión y a las condiciones del mundo exterior, con lo que se busca imitar el compor-

tamiento humano. La creación de una máquina con lógica difusa, es forjar un sistema experto,

en donde el comportamiento de la máquina, va a estar basado totalmente en el conocimiento

del experto o de la persona que aporta sus conocimientos empíricos para el funcionamiento de

ésta.

La experiencia del experto es el conocimiento empírico de cómo controlar el fenómeno, sin

conocer ningún modelo del sistema a controlar.

Cuando la teoría de los conjuntos difusos se aplica para definir y resolver problemas de

control se obtienen los denominados controladores difusos o lingüísticos. El control difuso

fue la primera aplicación de la lógica difusa a la resolución de problemas reales (se aplicó al

control de una planta de concreto en el año 1980).

En el área del control, la lógica difusa ha permitido obtener resultados espectaculares, re-

sultados que han avalado la teoría. Si se hace un razonamiento con lógica difusa dentro de

un sistema experto se obtiene una expresión también difusa, siendo usual tener que asignarle

posteriormente un valor lingüístico. En cambio, cuando se realiza un razonamiento difuso para

controlar un proceso, el resultado buscado es de una cualidad completamente diferente, ya que

lo que ha de generarse es un conjunto de valores numéricos precisos a lo que una vez traducidos

a las magnitudes físicas correspondientes: presión, voltajes, corrientes, etc; han de introducirse

a los actuadores de control.

2.2.1 Características del Control Difuso

El control difuso tiene tres características principales:

31

• Es un control lógico. El calificativo de lógico significa que el algoritmo de control usa

expresiones IF-THEN, en las que se puede describir una amplia variedad de condiciones,

combinando expresiones lógicas con IF y AND.

• Es un control disperso. Esta característica, que diferencia esencialmente los sistemas

de control difuso de los sistemas de control basados en una sola ecuación, permite la

coexistencia de controladores con lógicas distintas y su ejecución en paralelo.

• Es un control lingüístico. En efecto permite el uso de variables lingüísticas imprecisas, en

particular en los antecedentes de las reglas. Este lenguaje cualitativo es fácil de entender,

permite realizar el control mediante un diálogo con los operadores, utilizando sus ojos

experimentados en la observación del proceso como entradas externas, e introducir cosas

como las condiciones del proceso como información útil para el control.

Además el algoritmo de control puede incluir los procedimientos inusuales que acompañan

siempre las operaciones de un proceso real.

2.2.2 Controlador difuso

Los sistemas de control difuso permiten describir un conjunto de reglas que utilizarían una

persona para controlar un proceso y a partir de esta regla generar acciones de control. El control

difuso puede aplicarse tanto en sistemas muy sencillos como en modelos matemáticos que sean

muy complejos. La estructura del control difuso se muestra en la figura 2.5 [13].

Figura 2.5 Estructura de Modelo Difuso.

Para lograr que la estructura del control difuso funcione correctamente se debe recurrir a

los siguientes pasos:

32

• Definir cuáles son las entradas.

• Definir cuáles son las salidas.

• Fuzzyficar las entradas.

• Evaluar el sistema que cumpla con las reglas.

• Defuzzyficación.

Fusificación: tiene como objetivo convertir crisp o valores reales en valores difusos. En

la fuzzyficación se asignan grados de pertenencia a cada una de las variables de entrada con

relación a los conjuntos difusos previamente definidos utilizando las funciones de pertenencia

asociadas a los conjuntos difusos.

Base de conocimiento: contiene el conocimiento asociado con el dominio de la aplicación

y los objetivos del control. En esta etapa se debe definir las reglas lingüísticas de control que

realizaran la toma de decisiones que decidirán la forma en la que deben actuar el sistema.

Inferencia (Evaluación de Reglas): relaciona los conjuntos difusos de entrada y salida

para representar las reglas que definirán el sistema. En la inferencia se utiliza la información

de la base de conocimiento para generar reglas mediante el uso de condiciones.

Defusificación: realiza el proceso de adecuar los valores difusos generados en la inferen-

cia en valores crisp, que posteriormente se utilizarán en el proceso de control. En la defuzzy-

ficación se utilizan métodos matemáticos simples como el método del centroide, método del

promedio ponderado y método de membresia del medio máximo [13].

2.2.3 Conjunto difuso.

La necesidad de trabajar con conjuntos difusos surge del hecho que existe conceptos que

no tienen límites claros. Un conjunto difuso se encuentra asociado por un valor lingüístico

que está definido por una palabra, etiqueta lingüística o adjetivo. En los conjuntos difusos, la

función de pertenencia puede tomar valores de intervalos entre 0 y 1.

Donde µA (X) es la función de pertenencia de la variable X y U es el universo del discurso.

33

Cuando más cerca este la pertenencia del conjunto A al valor de 1, mayor será la pertenencia

de la variable de X al conjunto A, esto se puede ver en la figura 2.6.

Figura 2.6 Conjunto Difuso.

Así que, un conjunto difuso es todo lo que pertenece a una variable ya sea de entrada o de

salida; la cual la conforman, el valor lingüístico, la función de pertenencia, el rango, el universo

del discurso entre otros.

2.2.4 Funciones de pertenencia o funciones miembro

Aún, cuando cualquier función puede ser válida para definir un conjunto difuso, existen

ciertas funciones que son más comúnmente utilizadas por su simplicidad matemática, también

llamar función miembro.

Algunas de las funciones miembro más comunes utilizadas por su simplicidad matemática

y su manejabilidad son: triangulares, trapezoidal, gaussiana, sigmoidal, gamma, pi, campana,

singleton etc. (Véase la figura 2.7).

El número de etiquetas recomendables es 5-9 y utilizando numero impares para los sistemas

sencillos 3, 5, 7 y 9.

Los motivos por los cuales se seleccionan estos números de etiquetas son debido a que

cuando se tiene un número mayor que los mismos se requiere un mayor tiempo. Si se excede

el número de etiquetas el sistema se puede convertir en un sistema inestable [14].

34

Figura 2.7 Algunas de las funciones miembro más habituales: (a) triangular, (b) trapezoidal, (c)gaussiana y (d) sigmoidal entre otras.

2.3 LabVIEW

LabVIEW es el acrónimo de Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench. Es un

lenguaje, y a la vez un entorno de programación gráfica en el que se pueden crear aplicaciones

de una forma rápida y sencilla.

LabVIEW es una herramienta de programación gráfica para pruebas, control y diseño me-

diante la programación de bloques. El lenguaje que usa se le llama lenguaje G, donde la G

simboliza que es lenguaje Gráfico. Este programa fue creado por National Instruments (1976)

para funcionar sobre máquinas MAC, salió al mercado por primera vez en 1986. Ahora está

disponible para las plataformas Windows, UNIX, MAC y Linux. La versión actual 2011, pu-

blicada en agosto de 2011, cuenta con soporte para Windows Seven (Win 7).

Los programas desarrollados con LabVIEW se llaman Instrumentos Virtuales, o VIs, y su

origen provenía del control de instrumentos, aunque hoy en día se ha expandido ampliamente

no sólo al control de todo tipo de electrónica (Instrumentación Electrónica) sino también a

su programación embebida. Un lema tradicional de LabVIEW es: “La potencia está en el

Software”, que con la aparición de los sistemas multinúcleo se ha hecho aún más potente. Entre

35

sus objetivos están el reducir el tiempo de desarrollo de aplicaciones de todo tipo (no sólo en

ámbitos de Pruebas, Control y Diseño) y permitir la entrada a la informática a profesionales de

cualquier otro campo. LabVIEW consigue combinarse con todo tipo de software y hardware,

tanto del propio fabricante con tarjetas de adquisición de datos, PAC, Visión, instrumentos y

otro Hardware de otros fabricantes.

Historial

Fue en 1986 que la primera versión de LabVIEW se realiza sobre Macintosh. Se sigue un

trabajo incesante para añadir funcionalidades:

• 1986: LabVIEW 1.0, primera versión en Mac OS.

• 1990: LabVIEW 2.0, máximo aprovechamiento de los resultados.

• 1992: LabVIEW 2.5, primera versión en Windows 3.1 y Solaris.

• 1993: LabVIEW 3.0.

• 1994: LabVIEW 3.0.1, primera versión en Windows NT.

• 1994: LabVIEW 3.1.

• 1995: LabVIEW 3.1.1, integración del Application Builder (creación de archivos eje-

cutables).

• 1996: LabVIEW 4.0.

• 1997: LabVIEW 4.1.

• 1998: LabVIEW 5.0, multitarea, contenedores ActiveX, asistente para la adquisición de

dato (tarjetas de adquisición DAQ) e asistente para el control de instrumentos.

• 1999: LabVIEW 5.1, primera versión para Linux, primera versión de LabVIEW RT

(Real Time).

• 2000: LabVIEW 6.0, controles gráficos en 3D, referencias de controles.

36

• 2001: LabVIEW 6.1, mejoramiento y correcciones, primera versión en Palm OS.

• 2003: LabVIEW 7.0, VI Express, primera versión en Windows Mobile 2003.

• 2004: LabVIEW 7.1, traducción en francés, alemán y japonés.

• 2005: LabVIEW 8.0, Project Explorer, XControls, shared variables.

• 2005: LabVIEW 8.1, mejoramiento y correcciones.

• 2006: LabVIEW 8.20, Programación orientada a objetos.

• 2007: LabVIEW 8.5, primera versión del toolkit FPGA y del toolkit Statechart.

• 2008: LabVIEW 8.6, limpieza automática de los diagramas.

• 2009: LabVIEW 2009, MathScript RT, LabVIEW de 64 Bits, Recursividad Nativa,

Orientación de Objetos en LabVIEW RT/FPGA, SSL (Seguridad) para Servicios Web,

Limpieza Parcial de Diagrama de Bloques, Fácil Acceso a Archivos TDMS desde Mi-

crosoft Excel, Nuevos Controles de Visualización de Datos en 2D y 3D, Métricas de

Complejidad de Código, Referencias de Datos, Acceso más Rápido a Archivos TDMS,

Crear Montajes .NET, Herramientas de Réplica de Sistemas y VIs PDE (ecuación difer-

encial parcial).

• 2010: LabVIEW 2010, - Combinación de instrucciones.- Salto de hilos. - Reemplazo

escalar de conjuntos. - Propagación condicional. - Eliminación del “Tail Call”. - Re-

asociación de expresiones. - Movimiento de la curva de código invariable. - Curva

inmutable e índice de separación. - Simplificación de variables de inducción. - Curva de

desenrollo. - Eliminación de código muerto. - Propagación de constantes condicionales

dispersas. La miscelánea tecnológica integrada a la edición 2010 compuesta mayorita-

riamente por DFIR y LLVM suministra mejoras de desempeño mediante un esquema de

optimización. Lo anterior hace del LabVIEW 2010 un sistema más rápido cuyos niveles

de eficiencia van desde el 20 porciento al 200 porciento dependiendo de la aplicación.

37

Incluso si se trata de controles de tiempo real, los beneficios de acuerdo a los detalles

técnicos de la compañía se pueden administrar desde el compilador.

2.3.1 Programación en LabVIEW

Es una herramienta gráfica de programación, esto significa que los programas no se es-

criben, sino que se dibujan, facilitando su comprensión.

Al tener pre-diseñado una gran cantidad de bloques, se le facilita al usuario la creación del

proyecto, con lo cual, en vez de estar una gran cantidad de tiempo en programar un disposi-

tivo/bloque, se le permite invertir mucho menos tiempo y dedicarse un poco más en la interfaz

gráfica y la interacción con el usuario final. Cada VI consta de dos partes diferenciadas:

Panel Frontal: El Panel Frontal es la interfaz con el usuario, se utiliza para interactuar

con el usuario cuando el programa se está ejecutando. Los usuarios podrán observar los datos

del programa actualizados en tiempo real (Como van fluyendo los datos, un ejemplo sería una

calculadora, donde tú le pones las entradas, y te pone el resultado en la salida).

En esta interfaz se definen los controles (se usa como entradas, pueden ser botones, mar-

cadores etc.) e indicadores (se usan como salidas, pueden ser gráficas) como se muestra en la

figura 2.8.

Figura 2.8 Panel Frontal.

38

En el panel frontal, se encuentran todo tipos de controles o indicadores, donde cada uno de

estos elementos tiene asignado en el diagrama de bloques una terminal, es decir, el usuario po-

drá diseñar un proyecto en el panel frontal con controles e indicadores, donde estos elementos

serán las entradas y salidas que interactuaran con la terminal del VI.

Diagrama de Bloques: es el programa propiamente dicho, donde se define su funcionali-

dad, aquí se colocan iconos que realizan una determinada función y se interconectan (el código

que controla el programa. Suele haber una tercera parte icono/conector que son los medios

utilizados para conectar un VI con otros Vis) (véase figura 2.9).

Figura 2.9 Diagrama de Bloques.

Podemos observar en el diagrama de bloques, todos los valores de los controles e indi-

cadores, como van fluyendo entre estos cuando se está ejecutando un programa VI.

Esto se puede describir mejor como el esqueleto de mi instrumento virtual y es donde se

hacen todas las conexiones y lógica de mi sistema.

2.3.2 Principales características

Su principal característica es la facilidad de uso, válido para programadores profesionales

como para personas con pocos conocimientos en programación pueden hacer sistemas relati-

vamente complejos, imposibles para ellos de hacer con lenguajes tradicionales. También es

39

muy rápido hacer programas con LabVIEW, y cualquier programador por experimentado que

sea, puede beneficiarse de él. Los programas en LabVIEW son llamados instrumentos vir-

tuales (VIs). Para los amantes de lo complejo, con esta plataforma de programación pueden

crearse programas de miles de VIs (equivalente a millones de páginas de código texto) para

aplicaciones complejas, programas de automatizaciones de decenas de miles de puntos de en-

tradas/salidas, proyectos para combinar nuevos VIs con VIs ya creados, etc. Incluso existen

buenas prácticas de programación para optimizar el rendimiento y la calidad de la progra-

mación. Desde el LabVIEW 7.0 introduce un nuevo tipo de sub-VI llamado VIs Expreso

(Express VIS).

Estos son VIs interactivos que tienen una configuración de caja de diálogo que permite al

usuario personalizar la funcionalidad del VI Expreso. Los VIs estándar son VIs modulares y

personalizados mediante cableado y funciones que son elementos fundamentales de operación

de LabVIEW.

Presenta facilidades para el manejo de Interfaz de comunicaciones:

• Puerto serie.

• Puerto paralelo.

• GPIB.

• PXI.

• VXI.

• TCP/IP, UDP, DataSocket.

• Irda.

• Bluetooth.

• USB.

• OPC.

40

Cuenta también con la capacidad de interactuar con otros lenguajes y aplicaciones:

• DLL: librerías de funciones.

• .NET.

• ActiveX.

• Multisim.

• Matlab/Simulink.

• AutoCAD, SolidWorks, etc.

• Herramientas gráficas y textuales para el procesado digital de señales.

• Visualización y manejo de gráficas con datos dinámicos.

• Adquisición y tratamiento de imágenes.

• Control de movimiento (combinado incluso con todo lo anterior).

• Tiempo Real estrictamente hablando.

• Programación de FPGAs para control o validación.

• Sincronización entre dispositivos.

2.3.3 Principales Usos

Es usado principalmente por ingenieros y científicos para tareas como:

• Adquisición de datos y análisis matemático.

• Comunicación y control de instrumentos de cualquier fabricante.

• Automatización industrial y programación de PACs (Controlador de Automatización

Programable).

41

• Diseño de controladores: simulación, prototipaje rápido, hardware en el ciclo (HIL) y

validación.

• Diseño embebido de micros y chips.

• Control y supervisión de procesos.

• Visión artificial y control de movimiento.

• Robótica.

• Domótica y redes de sensores inalámbricos.

• En 2008 el programa fue utilizado para controlar el LHC, el acelerador de partículas más

grande construido hasta la fecha.

• Pero también juguetes como el Lego Mindstorms o el WeDo lo utilizan, llevando la

programación gráfica a niños de todas las edades.

2.4 Incubadoras e incubación

2.4.1 La incubación natural

Los huevos al incubar naturalmente por la gallina el proceso tiene las características básicas

siguientes:

1. El calor de la gallina a los huevos se transfiere principalmente por contacto entre ella y

los huevos, el calentamiento por radiación es despreciable.

2. La afluencia de calor al huevo se produce entre él y la gallina, con una pequeña diferencia

de temperatura hasta alcanzar el equilibrio.

3. La transpiración de la piel de la gallina mantiene los huevos en un ambiente húmedo.

4. La gallina con bastante frecuencia mueve los huevos de lugar.

42

5. La gallina abandona el proceso de incubación, cada vez menos tiempo a medida que

avanza el proceso.

6. El tiempo de incubación hasta el nacimiento de los polluelos comienza a los 20 días y

hay un plazo de aproximadamente 36 horas entre los primeros que nacen y los últimos.

7. La gallina mantiene los polluelos ya nacidos unas 24 horas en incubación antes de salir

del nido (véase figura 2.10).

Para lograr éxito en nuestra incubadora, se debe tratar de reproducir lo mejor posible este

proceso natural, por eso, en el proyecto presentado se ha tratado de seguir lo mejor posible

estos elementos.

Figura 2.10 Gallina en el Nido.

2.4.2 La incubación artificial

La incubación artificial es un proceso en el cual se trata de recrear lo que la naturaleza hace

desde millones de años atrás. Este es un proceso en el cual se trata de empollar huevos de

gallina con un aparato que los mantendrá calientes a los que estén fertilizados, en el cual se

reemplazó la gallina que incuba por una máquina que hará este mismo proceso.

43

Uno de los grandes beneficios que se tiene con la incubación artificial es la de empollar una

mayor cantidad de huevos, pero esto también tiene un factor en contra: el porcentaje de error

que consiste en la proporción de huevos con embrión no desarrollado, muertes de embriones

prematuros dentro del huevo o muertes de polluelos después de nacer.

Una gallina en su estado natural y con su instinto mueve los huevos de posición para que

así, el embrión no se adhiera a la pared del huevo, dando por lo menos dos vueltas por día a

cada huevo. Y en una incubadora se necesita también este proceso, que por lo menos a partir

del tercer día se comience con este proceso de volteo de huevos.

Lo anterior se denomina requisito para una incubadora, otros de estos requisitos es la

ventilación, para el huevo fertilizado (con embrión) produce CO2 y tiene que ser eliminado

con ventilación pero no con suficiente como para enfriar la incubadora; otro requisito en la

humedad, para un huevo fertilizado es necesaria la humedad para que así, se evite que el huevo

y el embrión se deshidraten, por ultimo no se tienen que dar vuelta los últimos tres días de

eclosión de los huevos para darles la oportunidad de descansar para su nacimiento y después

del nacimiento otros tres días de incubación de los polluelos nacidos y posteriormente extraer-

los de la incubadora (véase figura 2.11).

Figura 2.11 Polluelos Saliendo del Nido.

44

La incubadora debe desinfectarse completamente para evitar enfermedades en las sigu-

ientes incubaciones posteriores, esto debe ser un requisito de mayor prioridad para una in-

cubadora que esté en constante funcionamiento.

Para lo anterior, se trata desde luego recrear las características de que se tiene en una in-

cubación natural. Características que se pueden observar en el subtema anterior 2.4.1.

2.4.3 Incubación en la actualidad

Para favorecer un proceso de incubación correcto habrá que operar durante la fase de cri-

anza, evitando que el huevo permanezca a la intemperie, se exponga al frío intenso, a corrien-

tes de aire, a la luz directa del sol, al calor y a la humedad excesiva; y es por este motivo

que se aconseja realizar la recogida de huevos varias veces al día utilizando unas bandejas

(porta-huevos), las cuales garantizan, gracias a los materiales empleados en su fabricación, una

extrema facilidad de limpieza y desinfección.

Habrá que descartar los huevos rotos, agrietados y con la cáscara irregular, los que tienen

yema doble o manchas de sangre con forma anómala; y se tendrán que conservar en locales

idóneos con temperaturas alrededor de los 14-16 C por no más de siete días, ya que tiempos

más prolongados afectarían de forma negativa el porcentaje de eclosión, pero de todos modos,

nunca menos de tres días.

Las incubadoras tienen que estar colocadas en ambientes sanos, que se puedan airear con

facilidad y a una distancia de al menos 60 cm de las paredes, evitando su exposición directa

a los rayos del sol o a fuentes de calor. La temperatura ideal del local donde se encuentren

las máquinas deberá hallarse entre los 17 C y los 23 C y no se deberán sufrir excursiones

térmicas de ningún tipo (véase en la figura 2.12).

La incubación propiamente mencionada inicia en el momento en el que los huevos son

colocados en la incubadora y termina aproximadamente 2/3 días antes del presunto nacimiento

del pollito. Desde este momento empezará la fase de eclosión que terminará con la salida del

pollito del cascaron [16].

45

Figura 2.12 Incubadora de Alta Tecnología.

Fueron los estadounidenses quienes comenzaron a desarrollar nuevos sistemas de produc-

ción que resultarían mucho más rentables y viables, las nuevas explotaciones permitirían re-

ducir el precio de venta al mercado de pollos y gallinas (véase figura 2.13).

Figura 2.13 Incubadora Industrial.

Esta parte del proceso de la producción avícola industrial comienza con la recolección

de miles de huevos fertilizados que son almacenados en bandejas e introducidos en cámaras

especiales donde se reproducen las condiciones ambientales adecuadas para que los polluelos

46

puedan desarrollarse, la temperatura mantenida es de 39 C y la humedad relativa es del 55% ,

salvo en los tres últimos días en los que esta se eleva a un 70% a fin de que la cáscara se ablande

y los pollitos puedan romperla con más facilidad. El sistema productivo contempla también el

giro de los huevos cada hora tal y como los girarían las gallinas en condiciones normales, este

proceso de incubación dura unos 19 días.

A los 18,5 días los huevos se retiran de las cámaras de incubación y se verifica que son

huevos fertilizados a través de un sensor infrarrojo que detecta la opacidad del contenido, si

son traslúcidos indicará que son huevos que no han sido fertilizados y por tanto se retiran de

la producción. Todo se aprovecha, estos huevos “defectuosos” se procesarán y convertirán en

alimentos para animales [17].

2.4.4 Tipos de incubadoras

Existen tres tipos de incubadoras que se utilizan en diversas áreas de investigación, produc-

ción y medicina.

a) Incubadora Neonatal Este tipo de incubadora están elaboradas con material transpa-

rente, acolchonada y esterilizada, para que los bebes prematuros o neonatos (recién nacidos),

con calefacción por convección, filtro de aire exterior, ventanas para manipular al paciente, di-

versos y sofisticados sistemas de monitoreo que incluyen control de peso, respiración, cardíaco

y de actividad cerebral; son esenciales en el área de recién nacidos en una clínica (véase figura

2.14).

b) Incubadora en Microbiología. Incubadoras utilizadas en la investigación de microbio-

logía en las cuales se controla como cualquier incubadora, la temperatura y la humedad, pero

en este caso para el cultivo de microbiología (véase figura 2.15).

c) Incubadora Comercial. Este tipo de incubadoras están orientadas para la producción

de alimentos, principalmente de huevos y crías de aves en la cual se trata de recrear y sustituir

la incubación natural por una artificial.

47

Figura 2.14 Incubadoras Neonatales.

Figura 2.15 Incubadora Bactereológica.

Con incubadoras comerciales o de procesos artificiales se obtienen mejores resultados, con

los cuales permite un control automático, de temperatura y humedad ambiental, mediante ven-

tilación, termostatos y temporizadores. En el mercado existen incubadoras para pocas decenas

de huevos hasta miles de huevos a empollar (véase figura 2.16).

48

Figura 2.16 Incubadora de Huevos.

2.4.5 Desinfectar la incubadora

Los huevos en incubación son muy susceptibles a las enfermedades provenientes de bacte-

rias, las cuales pueden afectar al crecimientos de los polluelos dentro del cascaron.

Después de cada incubación, esta queda infectada de bacterias patógenas y otras sustan-

cias tóxicas que se fueron desarrollando conforme a la eclosión de los huevos, y que pueden

enfermar y echar a perder la próxima incubación que se realice en la incubadora que acaba de

ser usada. Para asear la incubadora perfectamente, se necesita una solución de detergente y

agua para hacer una limpieza del sistema (incubadora) y así lograr de un 95% a un 99% del

control de enfermedades. Cuando se hace el procedimiento correctamente se puede usar poco

o nada de desinfectante; pero si se llegará a usar, el amoníaco cuaternario es el desinfectante

más común en la desinfección de incubadoras y las charolas para eclosionar. El “Quatz” es otro

desinfectante relativamente no irritante, anticorrosivo, de baja toxicidad y es razonablemente

eficaz ante presencia de material orgánico peligroso.

49

2.5 Humedad Relativa HR

Se le conoce como Humedad Relativa (HR), al contenido de agua en el aire o en la atmós-

fera y se define como el porcentaje de saturación del aire con el vapor de agua o mejor dicho la

relación que existe entre la cantidad de vapor de agua que contiene un metro cubico de aire en

condiciones determinadas de temperatura y presión, por lo tanto si estas estuvieran al mismo

nivel, es decir, si la temperatura y la presión fueran las mismas la humedad relativa estaría

saturada. Así que la HR de una muestra de aire depende de la temperatura y de la presión a la

que se encuentre.

HR = e/E(100) = presión de vapor actual/presión de vapor a saturación(100).

Los higrómetros y los psicrómetros son utilizados para la mediación de la humedad relativa

que se encuentre en el aire. La condensación se produce cuando el aire húmedo se enfría y se

encuentra sobre superficies solidas, es decir, cuando la presión parcial del agua es superior a

la presión de vapor de agua a una misma temperatura es a lo que se dice que el aire esta en

sobresaturado de vapor de agua.

Por lo tanto si las condiciones están en equilibro mejor, conocidas como condiciones

metaestables y si se perturban pueden provocar condensación repentina que se manifiesta con

neblina y/o pequeñas gotas de líquidos.

Y cuando el sistema están en punto de rocío, es decir, cuando la temperatura en la cual el

aire queda saturado por el enfriamiento sin adición de vapor de agua y a presión constante o

sea que este en un proceso isobárico. Con cualquier disminución de temperatura (enfriamiento)

produce condensación, así se forma la niebla y el rocío.

Para tener el punto de rocío el contenido de vapor de agua es constante independientemente

de las de bulbo seco y húmedo. Esto sirve para pronosticar la probabilidad de formación de

niebla y nubes entre otros [18].

2.6 Investigaciones Previas

1. REDUCCIÓN DE DAÑOS A CULTIVOS MEDIANTE CONTROL DIFUSO DE

HUMEDAD Y TEMPERATURA USANDO LABVIEW.

50

Tesis presentada por el egresado de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica de la

Universidad Autónoma de Zacatecas José Alfredo Santacruz Rosales, el día 12 de marzo

del 2010 y su proyecto consistió en el diseño y construcción de un sistema que permita

minimizar los daños causados en los cultivos por la baja de temperaturas y control de

riego mediante control difuso, usando el sensor de humedad WATERMARK y sensor de

temperatura LM35DZ, además se realizó la interfase con LabVIEW para el monitoreo

de las variables físicas.

El sistema toma las lecturas en tiempo real de las variables mencionadas regulando el

calefactor y la bomba de riego para mantener los valores de humedad y temperatura para

el desarrollo óptimo de los cultivos, para cumplir con los requerimientos, se acondi-

cionaron las lecturas de humedad del suelo como de temperatura ambiente para que se

puedan manejar a través de la interface en computadora mediante la tarjeta de adquisi-

ción de datos del módulo NI ELVIS.

Para que el sistema maneje la información adquirida y controle las variables mencionadas

se utilizaron las herramientas de LabVIEW para generar tanto las funciones de pertenen-

cia como las decisiones de control con las cuales se procesan los datos ingresados obte-

niendo los voltajes que se aplican ya sea al calefactor o la bomba de riego para lograr

mantener las variables de temperatura y humedad en un valor óptimo.

El sistema se probó en una maqueta para lo cual se propusieron los valores deseados de

temperatura y humedad comprobando que el sistema tiene una muy buena respuesta, se

le provocaron perturbaciones con la finalidad de observar su robustez [4].

2. SIMULACIÓN DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE ELECTROMAGNÉTISMO

EN LABVIEW.

Está tesis fue presentada por los egresados de Ingeniería en Comunicaciones y Elec-

trónica de la Universidad Autónoma de Zacatecas Alejandro Betancourt Jiménez y Aldo

García Ramos el día 19 de agosto del 2010 y consiste en simular en computadora las

prácticas de electromagnetismo que actualmente se realizan en el programa de Ingeniería

en Comunicaciones y Electrónica de la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica.

51

Este lenguaje es usado para construir sistemas de instrumentación, adquisición de datos

y otras aplicaciones; tales operaciones, se conocen en el ámbito de la computación como

instrumentación virtual.

Con LabVIEW se pueden controlar y simular diversos procedimientos sobre todo en la

práctica del laboratorio, ya que se pueden establecer los valores de la variable de entrada,

simular el experimento y obtener los resultados ya sea en forma numérica o gráfica [5].

3. CONTROL DE ILUMINACIÓN CON LÓGICA DIFUSA PARA AHORRO DE

ENERGÍA CON PLC’S.

Este documento de tesis fue hecho por los egresados de Ingeniería Eléctrica de la Univer-

sidad Autónoma de Zacatecas Manuel Antonio Escareño Gómez y José Reyes Trujillo

Soriano, y su proyecto trató sobre el control de iluminación, con la finalidad de ahorrar

energía y mantener un nivel de iluminación adecuado a las labores en el área de trabajo,

para lo cual utilizaron el PLC como controlador y la lógica difusa como sistema para el

control de iluminación.

En este trabajo se describe el control de la iluminación con el fin de ahorrar energía y

mantener un nivel de iluminación adecuado acorde con el tipo de trabajo a realizar.

Para la implementación del sistema de control se utilizó el Controlador Lógico Progra-

mable (PLC), en el cual se programó el ambiente necesario para aplicar la lógica difusa

que se aplicó para lograr mantener el nivel de iluminación adecuado al ambiente de

trabajo, para lo cual se hizo un análisis de conceptos más importante que implican los

términos de iluminación y ahorro de energía.

Con el ambiente de programación logrados se aplicaron tres algoritmos de control, los

cuales son: Por aproximaciones, semidifuso y difuso.

Haciéndose las pruebas respectivas en cada propuesta y mostrando los resultados obtenidos

y la justificación del algoritmo de control [6].

4. DISEÑO Y CONTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE INCUBADORA CON-

TROLADO POR LÓGICA DIFUSA.

52

I. Zaragoza, A. Cabrera, G. Trujano y algunos otros, presentaron un prototipo de una

incubadora neonatal (para infantes), la cual es controlada por lógica difusa. Para este sis-

tema de incubación de niños, se realizó una revisión de los requerimientos establecidos

en la Norma Oficial Mexicana NOM.066-SSA-1993, de la cual se basaron sus carac-

terísticas para aplicarlas en el desarrollo en los diferentes sistemas que se tienen para

una incubadora neonatal, desde su chasis, capacete, plataforma, contenedor de agua y

las diferentes parte que lo conforman [8].

Capítulo 3

Control Difuso

La lógica difusa ha cobrado una fama grande por la variedad de sus aplicaciones, las cuales

van desde el control de complejos procesos industriales, hasta el diseño de dispositivos ar-

tificiales de deducción automática, pasando por la construcción de artefactos electrónicos de

uso doméstico y de entretenimiento, así como también de sistemas de diagnóstico. De hecho,

desde hace ya, al menos, década y media, la expedición de patentes industriales de mecanis-

mos basados en la lógica difusa tiene un crecimiento sumamente rápido en todas las naciones

industrializadas del orbe. Se ha considerado de manera general que el concepto de lógica di-

fusa apareció en 1965, en la Universidad de California en Berkeley, introducido por Lotfi A.

Zadeh. Las lógicas difusas, pues de hecho hay que hablar de ellas en plural, son esencialmente

lógicas multivaluadas que extienden a las lógicas clásicas. Estas últimas imponen a sus enun-

ciados únicamente valores falso o verdadero. Éstas han modelado satisfactoriamente a una

gran parte del razonamiento “natural”, es cierto que el razonamiento humano utiliza valores de

verdad que no necesariamente son “tan deterministas”. Por ejemplo, al calificar que “el cielo

es azul” uno está tentado a graduar qué tan “azul”, en efecto, es el cielo, e igualmente, si “un

vehículo se mueve rápido”, también se está obligado a considerar qué tan rápido es el vehículo,

aunque esto último no implique necesariamente cuantificar la velocidad del vehículo con toda

precisión. Las lógicas difusas procuran crear aproximaciones matemáticas en la resolución

de ciertos tipos de problemas. Pretenden producir resultados exactos a partir de datos impre-

cisos, por lo cual son particularmente útiles en aplicaciones electrónicas o computacionales. El

54

adjetivo “difuso” aplicado a ellas se debe a que los valores de verdad no-deterministas utiliza-

dos en ellas, tienen por lo general, una connotación de incertidumbre. Un vaso medio lleno,

independientemente de que también esté medio vacío, no está lleno completamente ni está

vacío completamente. Qué tan lleno puede estar es un elemento de incertidumbre, es decir,

de difusidad, entendida esta última como una propiedad de indeterminismo. Ahora bien, los

valores de verdad asumidos por enunciados aunque no son deterministas, no necesariamente

son desconocidos.

Por otra parte, desde un punto de vista optimista, lo difuso puede entenderse como la posi-

bilidad de asignar más valores de verdad a los enunciados que los clásicos “falso” o “ver-

dadero”. Así pues, reiteramos, las lógicas difusas son tipos especiales de lógicas multivaluadas.

Las lógicas difusas han tenido aplicaciones de suma relevancia en el procesamiento electrónico

de datos.

En determinadas áreas de conocimiento, en sus enunciados se les asocia valores de ver-

dad que son grados de veracidad o falsedad, mucho más amplios que los meros “verdadero” y

“falso”. En un sistema deductivo se distingue enunciados “de entrada” y enunciados “de sa-

lida”. El objetivo de todo sistema manejador de una lógica difusa es describir los grados de los

enunciados de salida en términos de los de entrada. Más aún, algunos sistemas son capaces de

refinar los grados de veracidad de los enunciados de salida conforme se refinan los de entrada.

Por estas propiedades es que ciertos sistemas de lógica difusa aparentan una labor de apren-

dizaje, y son excelentes mecanismos de control de procesos. Desde el punto de vista tec-

nológico, la lógica difusa se encuadran en el área de la llamada Inteligencia Artificial y han

dado origen a sistemas expertos de tipo difuso y a sistemas de control automático. En este

documento se hace énfasis en el carácter multivaluado de las lógicas difusas. Introduciremos

primero la noción de conjunto difuso, y las operaciones usuales en ese tipo de conjuntos [19].

3.1 ¿Qué es la lógica difusa?

La lógica difusa es una metodología que proporciona de una manera simple y elegante de

obtener una conclusión a partir de información de entrada vaga, ambigua, imprecisa, con ruido

55

o incompleta, en general la lógica difusa imita cómo una persona toma decisiones basada de

información con las características mencionadas.

Algunas ventajas que se tiene al utilizar lógica difusa:

• Como principal ventaja, cabe destacar los excelentes resultados que brinda un sistema de

control basado en lógica difusa.

• Ofrece salidas de una forma veloz y precisa, disminuyendo así las transiciones de estados

fundamentales en el entorno físico que controle.

• Implementa sistemas basados en ella tanto en hardware como en software o en combi-

nación de ambos.

• Ofrece un alto grado de confiabilidad en su uso.

• Tiene un auto grado de autonomía.

• Tiene un nivel de consumo de potencia bajo.

• Tiene un alto grado de adaptabilidad.

• Es de fácil manejo para el operario.

Desventajas de la lógica difusa:

• No hay actualmente un análisis matemático riguroso que garantice que el uso de un

sistema experto difuso, para controlar un sistema de cómo resultado un sistema estable.

• Es difícil llegar a una función de membresia y a una regla confiable sin la participación

de un experto humano.

3.1.1 Aplicaciones

La lógica difusa se utiliza cuando la complejidad del proceso en cuestión es muy alta y

no existen modelos matemáticos precisos, para procesos altamente no lineales y cuando se en-

vuelven en definiciones y conocimiento no son estrictamente definido (impreciso o subjetivo).

56

En cambio, no es una buena idea usarlo cuando algún modelo matemático ya solucionar

eficientemente el problema, cuando los problemas son lineales o cuando no tienen solución.

Esta técnica se ha empleado con bastante éxito en la industria, principalmente en Japón,

y cada vez se está usando en gran multitud de campos. La primera vez que se usó de forma

importante fue en el metro japonés, con excelentes resultados.

A continuación se citan algunos ejemplos de su aplicación:

• Hornos de microondas.

• Procesadores de arroz.

• Limpiadores al vacío.

• Cámaras de video.

• Televisores.

• Sistemas térmicos.

• Traductores.

• Sistemas de control de acondicionadores de aire.

• Sistemas de foco automático en cámaras fotográficas.

• Electrodomésticos familiares (frigoríficos, lavadoras etc).

Sistemas:

• Elevadores.

• Trenes.

• Automóviles (máquinas, transmisiones, frenos).

• controles de tráfico.

• Optimización de sistemas de control industriales.

57

• Mejora en la eficiencia del uso de combustible en motores.

Software:

• Diagnóstico Médico.

• Seguridad.

• Compresión de datos.

• Sistemas de reconocimiento de escritura.

• Sistemas expertos del conocimiento (simular el comportamiento de un experto humano).

• Tecnología informática.

• Bases de datos difusas: Almacenar y consultar información imprecisa. Por ejemplo,

existe el lenguaje FSQL [20].

3.1.2 Conceptos básicos de la lógica difusa

Para familiarizarse con los conceptos básicos asociados a la lógica difusa es necesario en-

tender que un sistema difuso consta principalmente de tres procesos los cuales se pueden ver

en la figura 3.1.

Figura 3.1 Pasos para el Control Difuso.

• Bloque difusor. Bloque en el que a cada variable de entrada se le asigna un grado de

pertenencia a cada uno de los conjuntos difusos que se ha considerado, mediante las

funciones características asociadas a estos conjuntos difusos.

Las entradas a este bloque son valores concretos de las variables de entrada y las salidas

son grados de pertenecía a los conjuntos difusos considerados.

58

• Bloque de inferencia. Bloque que, relaciona conjuntos difusos de entrada y salida, que

representan a las reglas que definen el sistema. Las entradas a este bloque son conjuntos

difusos (grado de pertenencia) y las salidas son también un conjunto difuso, asociado a

la variable de salida.

• Desdifusor. Bloque en el cual a partir del conjunto difuso obtenido en el mecanismo

de inferencia y mediante los métodos matemáticos de desdifusión se obtiene un valor

concreto de la variable de salida [21].

Para transformar los valores de entrada en entradas fuzzy se deben determinar las fun-

ciones miembro para cada entrada, proceso que se denomina Fuzzyficación (figura 3.2).

Figura 3.2 Esquema de las funciones miembro para cada entrada de del proceso.

3.1.3 Fuzzyficación, Funciones Miembro o de Membresia

El primer paso de un proceso fuzzy logic es hacer la transformación de las variables de

entrada o lo que se conoce como dominio, a esta se le llama fuzzyficación esto quiere decir

que se convierten los valores de entrada en entradas fuzzy. Así que para esto se debe conocer a

fondo las partes de las funciones miembro (figura 3.3).

• Etiquetas (valor lingüístico). Permiten clasificar desde un punto de vista la producción

limpia con una eficacia.

59

Figura 3.3 Conceptos básicos de las función miembro.

• Grado de la función miembro (función de pertenencia). Este valor establece el punto

de transición entre 0 y 1 entre las condiciones del conjunto difuso. Con este aspecto se

podría calcular cual es la acción que se ha de llevar a cabo según los valores de entrada

de estos.

• Dominio. Es la transformación de las variables de entrada.

• Universo del discurso. Este es el conjunto de elementos que se va a tener en consid-

eración.

3.1.4 Diferentes Formas de Funciones Miembro

En los conjuntos difusos la transición de la pertenencia o no-pertenencia de un elemento a

un cierto conjunto, es gradual, y esta transición está caracterizada por las funciones de perte-

nencia.

La función de pertenencia es la curva que define cómo cada punto en el espacio de en-

trada es mapeado a un valor de pertenencia (o grado de pertenencia) entre 0 (no pertenece en

absoluto) y 1 (pertenencia total). El espacio de entrada corresponde al universo de discurso.

60

El criterio para escoger la forma de la función de pertenencia a utilizar puede estar basado

en:

El criterio aplicado en la resolución de cada problema, el conocimiento humano de los

expertos o en la utilización de una colección de datos para diseñar la función. Las funciones

de pertenencia más comúnmente utilizadas por su simplicidad matemática y su manejabilidad

son las siguientes teniendo en cuenta su forma (figura 3.4).

• Triangular.

• Trapezoidal.

• Sigmoidal.

• Gamma.

• Pi.

• Campana.

Figura 3.4 Funciones de pertenencia comúnmente usadas.

Un conjunto difuso es caracterizado completamente por su función de pertenencia. Una

forma concisa y conveniente de definir una función de pertenencia es expresándola cómo una

fórmula matemática [22].

Las formas trapezoidal y triangular son las más frecuentes.

61

3.1.5 Etiquetas del sistema

Cada valor de entradas de un sistema difuso puede tener múltiples clasificaciones o etique-

tas asignadas, en general para obtener una respuesta lineal de control, se requiere un número

mayor de etiquetas las cuales describirán a una variable de entrada.

Sin embargo un número mayor de etiquetas requiere de un tiempo mayor de procesamiento.

Además de un número excesivo de etiquetas pueden conducirnos a un sistema difuso inestable.

El número de etiquetas recomendadas para cada variable oscila entre 3 y 9 o más pero

siempre y cuando este numero sea impar. El número más usado de etiquetas son: 3, 5, 7, y 9.

3.2 Ejemplo de Control Difuso

Este ejemplo trata de un Sistema de riego por aspersión como se muestra en la figura 3.5.

Figura 3.5 Entradas y salidas del sistema de riego por aspersión.

Entradas y salidas del sistema de riego por aspersión.

Para encontrar esta ventana, que se encuentra en el programa de LabVIEW en el panel

frontal 1 (Untitled 1 Front Panel) se busca en las barra la opción de herramientas (Tools) y

después diseño del controlador de lógica difusa (Fuzzy Logic Controller Design).

Para hacer un programa nuevo le damos en la opción archivo (File) y después en la opción

nuevo (New) como se muestra en la figura 3.6.

Después aparecerá esta ventana que se muestra a continuación 3.7, es del editor de conjun-

tos difusos (Fuzzy Set Editor), esta a su vez tiene a su vez dos entradas y una salida (Input and

Outputs).

A continuación se muestran los componentes del editor de conjuntos difusos (véase figura

3.7).

62

Figura 3.6 Ventana principal del controlador de lógica difusa (Fuzzy Logic Controller Design).

Figura 3.7 Componentes del conjunto difuso (Fuzzy Set Editor).

1. En la parte uno. Se encuentran las entradas In1 e In2.

2. En la parte dos. Se encuentran las etiquetas que están definidas por NE1, ZE1 y PO1

(esto también para la entrada In2 y para la salida).

3. La parte tres. Se encuentra el dominio o rango, en esta parte puedes modificar las fun-

ciones miembro como uno desee.

63

4. En la parte cuatro. Especificaciones (specify) se utiliza para cambiar el nombre de las

entradas y salidas como también el de las etiquetas y se puede modificar el rango, sus

opciones son:

• Cambiar el nombre de variable de entradas (Rename Variable).

• Cambia el nombre de las etiquetas (Rename Term).

• Edita el rango que uno desee (Edit Range).

5. En la parte cinco. Definir (Define) se añaden o eliminan funciones miembro o variables

de entrada y son las siguientes opciones:

• Añade una función miembro después (Add Term After).

• Añade una función miembro antes (Add term Before).

• Remueve o elimina una función miembro (Remove Term).

• Agrega una variable de entrada (Add Variable).

• Remueve o elimina la variable de entrada (Remove Variable).

6. En la parte seis. Edición (Edit) se modifican las funciones de pertenencia comúnmente

utilizadas por su simplicidad matemática y su manejabilidad, sus opciones son:

• Cambia una función miembro a función singleton (Change Into Singleton).

• Cambia todas las funciones miembro a funciones singleton (Make All To Single-

ton).

• Sin tolerancia (No Tolerance).

• Ninguna tolerancia (No Tolerance At All).

• Solapamiento lateral derecho (Overlap Right Side).

• Se superpone a la izquierda (Overlap Left Side).

• Todos los términos de superposición (Full Term-Overlape All).

• Todos sin plazo de superposición (No Term-Overlape All).

64

• Términos simétricos (Symmetrical Terms).

7. En la parte siete. Trata sobre la variable de salida (Out) y esta se encuentra oprimiendo

el botón CONSEQUENCE como se ve en la figura 3.8

Figura 3.8 Componentes del conjuntos difusos (Fuzzy Set Editor) variable de salida.

Para la variable de salida las especificaciones (specify), definiciones (Define) y las edi-

ciones (Edit) son iguales a las variables de entrada y se siguen los pasos del 1 al 6 para

modificar las funciones miembro.

Variables de Entrada y Salida

1. Temperatura del Aire (figura 3.9).

• Para cambiar el nombre de la variable de entrada ln1 por el de Temperatura del Aire,

utilizando, (Rename Variable) que se encuentra en el paso cuatro especificaciones

(specify).

• Para cambiar las etiquetas que tienen como nombre NE1, ZE1, PO1, PO1+ y

PO1 + + por Helado, Frío, Normal, Tibio y Caliente se usará la función (Rename

Term) que se encuentra en el paso cuatro.

• Para agregar mas funciones miembro utilizaremos la opción definir (Define) y las

función para agregar las funciones miembro pueden ser (Add Term After) y (Add

term Before) estas opciones están en el paso cinco.

65

Figura 3.9 Componentes del conjuntos difusos (Fuzzy Set Editor) variable de entrada (Temperaturadel aire).

• Para cambiar el valor del rango se sigue el paso cuatro que es de especificaciones

(specify) y la función para cambiarlo es (Edit Range).

NOTA: Estos mismos pasos se utilizarán para la segunda entrada que es Humedad del

suelo y para la variable de salida que es Duración del Riego, cambia el nombre de

las variables de entrada y salida, el nombre de las etiquetas, el número de funciones

miembro y el rango según se requiera para el sistema

2. Humedad del Suelo (figura 3.10).

3. Duración del Riego (figura 3.11).

La figura 3.12 es conocida como tabla de verdad, se puede realizar por las proposiciones

que se muestran a continuación:

Con la tabla de verdad se completa el Editor de base de reglas (Rulebase Editor) como se

ve en la figura 3.13.

Para obtener las ventanas del Editor de base de reglas (Rulebase Editor) y la de Caracterís-

tica de entradas/salida (Input/Output Characteristic) se observa a la figura 3.6, esta ventana

tiene dos opciones edición (Edit) y prueba (Test), oprimiendo estas dos opciones aparecerán

las siguientes ventanas de la figura 3.13 y 3.14.

66

Figura 3.10 Componentes de los conjuntos difusos (Fuzzy Set Editor) segunda variable de entrada(Humedad del Suelo).

Figura 3.11 Componentes de los conjuntos difusos (Fuzzy Set Editor) variable de salida (Duración delRiego).

Figura 3.12 Ejemplo de análisis de relación de entradas y salidas.

Después de que se edita las reglas de la figura 3.14 se puede probar el sistema introduciendo

datos de entrada al sistema para así poder evaluar algunas de las reglas y analizarlas. Para correr

67

Figura 3.13 Editor de base de reglas (Rulebase Editor).

el programa se mueve el rango de las variables de entrada que son la Temperatura del Aire y la

Humedad del Suelo, pero en este caso únicamente se movió el rango de la Humedad del Suelo

a 15% de humedad y se aprieta el botón que esta aun lado de esta celda donde se colocó la

cantidad y dio como resultado 30 minutos de riego, este resultado es de la variable de salida

(Duración del Riego) pero también podemos ver la evaluación de reglas.

En la regla 14 Rules: Dos = 1,00; (0,75): (véase figura 3.13).

IF (Temperatura Ambiente = Caliente (0,75)) AND (Humedad del suelo = Húmedo (1,00))

THEN (Duración del Riego = Mediano) (Véase figura 3.12).

Vemos que la evaluación de reglas es igual a la tabla de verdad.

El segundo paso de un proceso difuso es llamado evaluación de reglas el procesador difuso

utilizara reglas lingüísticas para determinar qué control debe accionarse para que ocurra una

respuesta y entregue una asignación a los valores de entrada.

La evaluación de reglas también es conocida cómo inferencia difusa, aplica las reglas para

las entradas difusas las cuales fueron generadas en el proceso de fuzzyficación, después se

evalúa la regla para cada una de las entradas.

Generalmente las sentencias IF-THEN describen la acción que se debe de tomar en re-

spuestas de las variables de entrada difusa.

68

Figura 3.14 Característica de las entrada / salida (Input / Output Characteristic).

Las reglas pueden verse desde un lenguaje natural las cuales están confiadas a una acción

predefinida en términos lingüísticos y una sintaxis escrita.

SINTAXIS:

IF antecedente1 AND antecedente 2 AND antecedente 3 THEN consecuencia 1.

3.3 Funcionamiento de la Lógica Difusa

La lógica difusa se adapta mejor al mundo real en el que se vive, e incluso puede compren-

der y funcionar con expresiones, del tipo “hace mucho calor”, “no es muy alto”, “el ritmo del

corazón está un poco acelerado”, etc.

La clave de esta adaptación al lenguaje, se basa en comprender los cuantificadores de nue-

stro lenguaje.

En la teoría de conjuntos difusos se definen también las operaciones de unión, intersección,

diferencia, negación o complemento, y otras operaciones sobre conjuntos en los que se basa

esta lógica.

Se basa en reglas lingüísticas la forma: SI (IF) (antecedente) ENTONCES (THEN) (con-

secuencia), donde el antecedente y la consecuencia son también conjuntos difusos.

69

Utilizando el ejemplo anterior del sistema de riego cuyas entradas son la temperatura y

humedad, en este segundo proceso veremos como son transformadas a valor de entrada difusa:

1. IF el suelo esta mojado AND la temperatura está caliente THEN la duración del riego

será corta.

2. IF la velocidad de un auto rápido AND el pavimento está seco THEN el frenado será

fuerte.

3. IF el agua está caliente THEN los incrementos de flujo de agua fría será lento.

NOTA: El primer ejemplo se saca de la figura 3.12 que es la tabla de verdad.

Los datos de entrada suelen ser recogidos por sensores, que miden las variables de en-

trada de un sistema. El motor de inferencias se basa en chips difusos, que están aumentando

exponencialmente su capacidad de procesamiento de reglas año con año.

Un esquema de funcionamiento típico para un sistema difuso podría ser de la siguiente

manera (véase figura 3.15):

Figura 3.15 Entorno físico.

En la figura 3.15, el sistema de control hace los cálculos con base en sus reglas lingüísticas,

comentadas anteriormente. La salida final actuaría sobre el entorno físico, y los valores sobre el

entorno de las nuevas entradas (modificado por la salida del sistema de control) serían tomados

por sensores del sistema.

El siguiente pasó en el proceso de evaluación de reglas es:

“Estimar el grado o relevancia del miembro de cada antecedente de regla”.

70

Para encontrar la relevancia de cada antecedente se hace una línea de referencia vertical,

para los valores de las entradas recientes (eje x) se encuentran los valores en donde se inter-

sectan las funciones miembro (eje y).

Ejemplo. En el sistema de riego y aspersión el valor de la temperatura del aire es de 107

F y puede ser encontrado en la intersección de arreglo difuso (véase figura 3.16).

Figura 3.16 Intersección de la primera variable de entrada Temperatura del Aire.

Tibio:0.2 and Caliente:0.6=Valor de Relevancia

Ahora con respecto a la humedad se tiene una entrada de 12% con lo cual las funciones se

interceptarán (véase figura 3.17).

Figura 3.17 Intersección de la segunda variable de entrada Humedad del suelo.

Seco:0.2 and Húmedo: 0.4 = Valor de Relevancia

71

107 F = Fuzzyficación = Helado=0 and Frío=0 and Normal = 0 and Tibio = 0.2 and

Caliente = 0.6 = Relevancia de Antecedentes

12% = Fuzzyficación = Seco = 0.2 and Húmedo = 0.4 and Mojado = 0 = Relevancia

de Antecedentes

Una vez determinada la relevancia de cada antecedente el siguiente paso es:

Determinar el grado de verdad (regla del mayor peso) para cada regla. Cuando los an-

tecedentes se conectan por el operador AND la regla de mayor peso asume el valor más pe-

queño de los antecedentes de la regla. Es el valor mínimo verdadero para esta regla.

Ejemplos:

• IF la temperatura del aire es caliente = 0.6 AND el suelo esta seco = 0.2 THEN la

duración de riego es largo. El valor que toma la regla es de: 0.2

• IF la temperatura del aire es tibia = 0.2 AND el suelo esta húmedo = 0.4 THEN la

duración de riego es media. El valor que tomo la regla es de: 0.2.

• IF la temperatura del aire es tibia = 0.2 AND el suelo esta seco = 0.2 THEN la duración

del riego es largo. El valor que toma la regla es de: 0.2.

• IF la temperatura del aire es caliente = 0.6 AND el suelo esta húmedo = 0.4 THEN la

duración del riego es media. El valor que toma la regla es de: 0.4.

NOTA: véase la tabla de verdad figura 3.12 para comprobación.

Información sobre los operadores

Los operadores principales en la teoría de los arreglos difusos son dos:

a)Intersección (operador AND).

b)Unión (operador OR).

El operador AND de fuzzy se selecciona el valor mínimo verdadero de los antecedentes

para determinar las reglas de mayor peso.

Con el operador OR se seleccionan el valor máximo verdadero de los antecedentes, sin

embargo se recomienda que los operadores AND sean utilizados lo más posible.

72

• Regla del mayor peso = 0.2 (largo)

• Regla del mayor peso = 0.4 (media).

A este método se le conoce como de inferencia de mínimos y máximos.

Por lo tanto para la duración del riego de la entrada de Temperatura de 107 F y una

Humedad del 12% sean las salidas difusas del sistema.

• Largo con un valor de 0.2 (Temperatura).

• Media con un valor de 0.4 (Humedad).

Resumen de procesos de evaluación de reglas o diferencia mínimos-máximos

a)Se crean las reglas que describen el comportamiento deseado del sistema.

b)Para los valores de las variables de entrada se determina el grado de verdad de cada

antecedente por medio del proceso de fuzzyficación.

c)Se encuentran las reglas de mayor peso de todas; las cuales son iguales a los valores

mínimos del grado de verdad de los antecedentes.

d)Se derivan las salidas Fuzzy las cuales son iguales a la máxima regla de mayor peso para

cada clasificación consecuente.

Este método de evaluación de reglas utilizado se denomina método de inferencia de míni-

mos - máximos; por que toma el mínimo valor verdadero de los antecedentes para determinar

las reglas de mayor peso y el máximo valor verdadero de estas para cada clasificación conse-

cuente con lo que se determina las salidas Fuzzy.

En el proceso defuzzyficación es donde que se encuentra con el paso tres, todas las salidas

Fuzzy son significativas (por ejemplo la duración del riego puede ser corta, media, largo), serán

combinados con algunas especificaciones, para que el resultado de la variable de salida sean

comprensibles por el sistema.

En esté proceso todos los valores de salida Fuzzy, son modificados por su respectiva función

miembro de salida como ya se vio en el ejemplo anterior. En el proceso de evaluación de reglas,

se almacena la regla de mayor peso dominante para cada consecuencia, estas reglas con mayor

grado de verdad son las que dominan.

73

Una de las técnicas mas usadas en el proceso de defuzzyficación se le conoce como centro

de gravedad (COG) o método del centroide.

En este método son truncadas las salidas de la función miembro que están por encima

del valor indicado para su respectiva salida difusa los resultados cortados (truncados) de las

funciones miembro son combinados y se calcula el centro de gravedad (véase figura 3.18).

Figura 3.18 Salida Defuzzyficada.

El siguiente paso es encontrar el punto del balance del centro de gravedad del área som-

breada la cual representa la salida Defuzzyficada (véase figura 3.19).

Figura 3.19 Centro de Gravedad.

74

COG =

∫ b

aµ(x) · xdx∫ b

aµ(x)dx

(3.1)

Donde:∫ b

aµ(x)dx es el área de la conclusión difusa ’x’ y COG es el centro de gravedad

(acción de control concreta) de la función de membresia resultante de la evaluación de reglas.

En la práctica una simple línea de la función miembro de salida son frecuentemente uti-

lizada, estas funciones simplifican considerablemente el cálculo de la defuzzyficación en la

teoría se deriva al calcular el centro de gravedad sobre una sucesión continua de puntos en el

dominio de la salida, sin embargo se puede obtener una aproximación muy exacta del centro

de gravedad con una muestra de puntos en el dominio de la salida.

COG =

∑bx=a µ(x)x∑bx=a µx

(3.2)

Donde:

b= número máximo.

x= valor máximo.

µx= es el valor de pertenencia del máximo.

El espacio existente entre las muestras es lo suficientemente pequeño para proporcionar

mayor exactitud en un tiempo razonable.

COG =(0.2 ∗ 15)(0.4 ∗ 25)(0.4 ∗ 35)(0.2 ∗ 45)(0.2 ∗ 55)

0.2 + 0.4 + 0.4 + 0.2 + 0.2+=

41.58

1.4= 29.7min (3.3)

Para sacar este resultado los datos se proporcionan de la figura 3.19, se toma el rango en el

que esta línea vertical (roja) y se multiplica por donde se intersectan las funciones miembro la

línea horizontal (negro) y se divide entre la sumatoria del grado de la función miembro.

En conclusión se puede decir que el ejemplo del Sistema de riego por aspersión puede

ser útil para comprender cómo se puede utilizar el programa LabVIEW y el Control Difuso.

También se puede decir que los resultados obtenidos ya sea por el programa de LabVIEW o

por el método del centro de gravedad (COG) o método del centroide da el mismo resultado o

algún resultado similar véase figura 3.14 y ecuación (3.2), esto nos indica que el sistema está

funcionando satisfactoriamente.

Capítulo 4

Tarjeta de Adquisición de Datos DAQ6008/6009

En este capítulo se habla de una de las herramientas más importantes que se debe tener

para aplicar control por computadora. Se realizará la una lección de la tarjeta de adquisición

de datos.

La tarjeta de adquisición de datos es un elemento indispensable para los sistemas que tienen

control por computadora. La importancia de tener una tarjeta de adquisición de datos radica en

la necesidad de tener un elemento que obtenga las señales para ser introducidas a la computa-

dora para que sean procesadas.

En este capítulo se presentan las consideraciones que deben de tomarse para adquirir una

tarjeta de adquisición de datos. Finalmente se presentan las características que se utilizarán

para éste proyecto.

La DAQ NI-USB-6008/6009 es una tarjeta de adquisición de datos, dispositivo de control

que tiene entradas-salidas analógicas y digitales según sean programadas.

4.1 ¿Para qué sirve?

Para realizar experimentos y proyectos sencillos que no impliquen riesgos cómo los que

implicaría un proyecto a nivel industrial, esta es una razón por la que los rangos de corriente y

voltaje que maneja son bajos.

76

4.2 ¿Qué puede hacer la tarjeta?

Diseña, registrar, analizar datos interactivos y generan prototipos que despliegan sistemas

para aplicaciones de medidas y de automatización, entre otras. Al utilizar el software de pro-

gramación gráfica y el hardware, se modula la tarjeta DAQ 6008/6009, se desarrollan continu-

amente tecnologías innovadoras que impactan a millones de personas; desde la programación

del sistema de juegos de la próxima generación hasta la creación de nuevos dispositivos y la

realización de experimentos.

A continuación se enlistan algunas demostraciones de todo lo que se puede hacer a través

de un dispositivo DAQ USB-6008/6009 [24]:

• Adquisición de Entradas Analógicas.

• Entradas Analógicas y Registro de Datos.

• Entradas Analógicas con Alarmas Digitales.

• Generación de Salidas Analógicas.

• Entradas y Salidas Analógicas Simultáneamente.

• Aplicación de Control PID.

• Realizando Entradas y Salidas Digitales

4.3 Conectar el Proceso a la Computadora

4.3.1 Selección del Hardware Adecuado

Considerando los aspectos técnicos de la sección anterior, se propone utilizar la tarjeta

NI-USB-6008/6009 la cual se muestra en la figura 4.1.

La tarjeta NI-USB-6008/6009 se conecta por medio del puerto USB, esto le da la capacidad

para trabajar con una computadora de escritorio o bien con una computadora portátil. Tiene 8

entradas referidas a tierra llamadas “single ended”.

77

Figura 4.1 Tarjeta de adquisición de datos 6008/6009.

De estas ocho se puede hacer un arreglo para utilizarlas como cuatro en forma diferencial

técnicamente.

Las entradas analógicas tienen una resolución de trece bits, un rango de muestreo de 48KS/s

y un rango de entrada de 0 a 5 Volts.

La tarjeta NI-USB-6008/6009 es un sistema de entradas y salidas para adquisición de datos

y control. Es una tarjeta que es recomendable usar industrialmente.

Cuenta con un número de entradas y salidas suficientes; es una tarjeta cuyo puerto de

conexión es USB, es fácil de conectar en cualquier computadora (en la actualidad la mayoría

de las computadoras ya cuentan con un o varios puertos USB).

La tarjeta NI-USB-6008/6009 es una excelente herramienta para entrenamiento del soft-

ware LabVIEW, este software no solamente está diseñado para esta tarjeta de adquisición ya

que el fabricante ofrece otra línea de trabajo de adquisición de datos que poseen características

para trabajar en el área industrial.

Obviamente hay una diferencia grande en costos entre ese tipo de tarjetas y las NI-USB-

6008/6009.

El siguiente diagrama de bloques muestra los principales componentes funcionales del

USB-6008/6009 (Figura 4.2) [25].

78

Figura 4.2 Diagrama de Bloques del Dispositivo.

4.3.2 Descripción del hardware seleccionado

La NI-USB-6008/6009 proporciona una conexión para ocho canales de entradas analógicas

(AI), dos canales con salidas analógicas (AO), 12 canales con entradas/salidas (DIO), y un

contador de 32-bits, cuando la interface USB es utilizada a la máxima velocidad.

En la tabla 4.3.2 se muestran una comparación entre las tarjetas de adquisición de datos

NI-USB-6008 y 6009.

A continuación se muestran las especificaciones analógicas de entradas y salidas de la tar-

jeta NI-USB-6008/6009, que son las terminales que se utilizan para el control de temperatura.

4.3.3 Entrada analógica

Tipo de convertidor. . . . . . . . . Aproximación sucesiva.

Entradas analógicas. . . . . . . . . 8 de una sola terminal, 4 diferencial, seleccionable por soft-

ware.

Entrada de la resolución.

79

Tabla 4.1 Diferencias entre la DAQ 6008 y la 6009

Función USB-6008 USB-6009

AI Resolución 12 bits diferencial, 14 bits diferencial,

11 bits una terminal 13 bits una terminal

Muestra máxima (AI) 10 kS/s 48 kS/s

Máxima velocidad 10 kS/s 48kS/s

de muestreo de Amnistía

Internacional, Múltiples

canales (de agregación)

configuración DIO Colector abierto Colector abierto o la unidad activa

Depende del sistema Depende del sistema Depende del sistema

USB-6008. . . . . . . . . . . . 12 bits diferencial, 11 bits de una sola terminal.

USB-6009. . . . . . . . . . . . 14 bits diferencial, 13 bits de una sola terminal.

Número máximo de velocidad de muestreo de un solo canal.

Un sólo canal.

USB-6008. . . . . . . . . . . . 10 kS/s.

USB-6009. . . . . . . . . . . . 48 kS/s.

Múltiples canales (agregado).

USB-6008. . . . . . . . . 10 kS/s.

USB-6009. . . . . . . . . 42 kS/s.

AI FIFO. . . . . . . . . . . . . . . 512 bytes.

El tiempo de resolución. . . . . . . . . . . . 41,67 ns (24 MHz base de tiempo).

Precisión de la sincronización. . . . . . . . . 100 ppm de velocidad de muestreo real.

Rango de entrada.

De una sola terminal. . . . . . . . .±10V .

Diferencial. . . . . . . . .±20V,±10V,±5V,±4V,±2.5V,±2V,

± 1.25V,±1V ± 2, 5V,±2V,±1, 25V,±1V.

Trabajo. . . . . . . . .±tensión de 10 V.

80

La impedancia de entrada. . . . . . . . . 144KΩ.

Protección contra sobre-tensiones. . . . . .±35.

Fuente de disparo. . . . . . . . . . . . Software o disparo digital externo.

De ruido del sistema.

USB-6008, diferencial. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.47 mVrms.

USB-6009, de una sola terminal. . . . . . . . . 2.93 mVrms.

USB-6009, diferencial. . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.37 mVrms.

USB-6009, de una sola terminal. . . . . . . . . 0.73 mVrms.

La exactitud absoluta a escala completa simple, se muestra en la tabla 4.3.3 y la absoluta a

escala completa diferencial, se muestra en la tabla 4.3.3 [24].

Tabla 4.2 Exactitud absoluta precisión a escala completa (simple).

Gama Típica a 25 C (mV) Temperatura máxima de más de (mV)

±10 14.7 138

Tabla 4.3 Exactitud absoluta precisión a escala completa (diferencial).

Gama Típica a 25 C (mV) Temperatura máxima de más de (mV)

±20 14.7 138

±10 7.73 84.8

±5 4.28 58.4

±4 3.59 53.1

±2.5 2.56 45.1

±2 2.21 42.5

±1.5 1.70 38.9

±1 1.53 37.5

81

Tabla 4.4 Características de salidas analógicas 6008/6009.

Tipo de Convertidor Aproximación Sucesiva

Salida Analógica 2

Resolución de Salida 12 bits

Máxima Actualización de Muestreo 150 Hz Software-Cronómetro

Rango de Salida De 0 a +5 V

Manejo de Corriente de Salida 50 Ω

Estado Power-On 0 V

Corriente de Corto Circuito 50 mA

Exactitud Absoluta (Sin Carga) 7mV Típico, 36.4 mV Máximo

a Escala Completa

4.4 Método para Configurar la Tarjeta

4.4.1 Instalación de hardware

Siga los siguientes pasos para configurar el hardware:

• COMBICON. Instale el tornillo de bloques de terminales mediante la inserción de ellos

en el COMBICON.

• Consulte la figura 4.4 y la figura4.3 para la orientación de las etiquetas y el marcado de

las mismas señal de la terminal de bloques del tornillo. Hasta que la señal de las etiquetas

se aplican, se pueden insertar los bloques de terminales de tornillo en cualquiera de los

conectores COMBICON. Como se ve en la figura 4.3 para obtener más información

acerca de la señal de la orientación de la etiqueta.

Nota: El equipo de los bloques USB-6008/6009 cuenta con etiquetas de la señal. Puede

aplicar las etiquetas de la señal de la terminal de los bloques para fácil identificación

de la señal.

1. Cubierta etiquetadas con guías marcadas para terminales.

82

Figura 4.3 Etiqueta de la señal del diagrama de aplicaciones.

2. Combicon toma de corriente (interna de la tarjeta).

3. Las etiquetas de la señal.

4. Cable USB.

Nota: Una vez que la etiqueta de los bloques de las terminales de tornillo, debe sólo

insertar en el conector COMBICON, como se indica en la etiqueta de la plantilla en el

dispositivo USB-6008/6009.

• Conecte los cables a las terminales de tornillo apropiado.

4.4.2 Conector de I/O

La USB-6008/6009 cuenta con bloques de terminales de tornillos intercambiables para las

señales analógicas y otro bloque de terminales más para las salidas digitales. Estas terminales

de bloqueo proporcionan 16 conexiones en las que pueden conectar calibres a 28 AWG de

alambre.

En la Figura 4.4 muestra las asignaciones de terminales analógicos, y en la figura 4.5 se

enumeran la asignación de terminales digitales.

83

Figura 4.4 Terminales del conector de la tarjeta DAQ de la 1 a la 16.

4.5 Características del Software

4.5.1 Software

El soporte de software para el USB-6008/6009 para Windows 2000/XP es proporcionada

por NI-DAQmx.

El CD de NI-DAQmx contiene programas de ejemplo que puede utilizar para obtener USB-

6008/6009. Para la programación con el USB-6008/6009, consulte los NI-DAQmx para Dis-

positivos USB Guía de inicio rápido, que se incluye con el dispositivo y también se puede

acceder desde el menú Inicio “Todos los programas” National Instruments NI-DAQ para más

información.

Nota: Para obtener información acerca de la no compatibilidad del sistema operativo

Windows, consulte ni.com/info e introduzca rddqld.

84

Figura 4.5 Terminales del conector de la tarjeta DAQ de la 17 a la 32.

4.5.2 VI Logger (Registrador)

El CD de NI-DAQmx incluye VI Logger Lite que es una herramienta fácil de usar Basado

en la herramienta de configuración diseñada específicamente para el registro de datos de apli-

cación. La aplicación está disponible en Inicio “Todos” Programas National Instruments Log-

ger VI, esto se puede ver en el apéndice C.

4.6 Comprobación práctica de la tarjeta DAQ 6008/6009

Para la comprobación de la DAQ 6009 realiza un programa básico utilizando las entrada/salidas

digitales y analógicas de la tarjeta USB-6008/6009.

85

El “Measurement and Automation Explorer” (MAX), es un software utilizado para configu-

rar tus dispositivos e instrumentos, también es utilizado para probar que el dispositivo funcione

correctamente.

Abrir el programa “Measurement and Automation Explorer” (MAX) haciendo doble clic

sobre el icono del escritorio (Véase en la figura4.6).

Figura 4.6 Icono de “Measurement and Automation Explorer”.

Navega hasta el menú “My Sistems»Devices and Interfaces»NI-DAQmx Devices”, ahí se

encuentra la tarjeta “NI-USB-6008/6009”. Selecciona la tarjeta haciendo clic derecho y elige

la opción “Device Pinouts” para que puedan verificar las conexiones realizadas en la tarjeta

(véase figura 4.7).

Figura 4.7 Conexiones en la tarjeta DAQ.

Verificar que las entrada/salida Digital 0 del Puerto 0 (P0.0) esté conectado un led hacia

GND. Es necesario un cable que una las E/S digitales P0.1 y P1.0; también debe haber una

86

conexión entre la salida AO0 y la AI0. En esta ocasión se utilizará la entrada analógica ref-

erenciada a tierra, pero se aconseja utilizar de modo diferencial para evitar voltajes en modo

común y dañar la entrada de la tarjeta.

Se realizaron unas pruebas para verificar la funcionalidad de la tarjeta. En el MAX, se

selecciona la tarjeta haciendo clic sobre la opción que dice “Test Panels”, que se encuentra

sobre la venta de descripción de la tarjeta o puedes dar clic derecho sobre la tarjeta y selecciona

la opción.

En el Tab “Analog Input” selecciona el Canal AI0 y en la opción “Input Configuration” se-

lecciona “RSE”, presiona el botón de Start. Después cambia al Tab “Analog Output” y cambia

el valor “Output Value” a 3.5 V aproximadamente. Regresa al Tab de entradas analógicas y se

verifica que el valor se actualizó.

En el Tab “Digital I/O”, primero selecciona el puerto 0 (Port0), Selecciona la dirección de

la línea 0 como salida; se cambia la salida a estado en alto y presiona el botón de inicio (Start),

verifica que el led real esté prendido.

Cierra todas las ventanas abiertas, ya terminó la primera parte del ejercicio.

4.6.1 Conexión y configuración de entradas analógicas

Para comenzar a utilizar la tarjeta DAQ 6009 y su programación, abrimos un VI nuevo

desde la ventana de menú, con el mismo procedimiento que puede ser visto en el apéndice B

que es donde se trata todo sobre la plataforma LabVIEW.

Seleccionamos la ventana blanca (diagrama de bloques), se abre la paleta de funciones y se

selecciona el menú de funciones de Measurement I/O (véase figura 4.8) de donde se elige las

funciones NI-DAQmax, este botón llama a una nueva ventana (DAQmx - Data Acquisition) en

la cual se selecciona el botón de la función de Asistente de DAQ (DAQ Assist) (véase figura

4.9).

Después de lo anterior, aparecerá un icono que se colocará en el diagrama de bloques, se

instalará el asistente y unos segundos después aparecerá una nueva ventana en la cual se selec-

ciona los entradas que se necesitarán para cada uno de los sensores de humedad y temperatura

(véase figura 4.10).

87

Figura 4.8 Menú de funciones de Measurement I/O.

Figura 4.9 Botón de DAQ Assist.

Al momento de que se ha instalado el DAQ Assist aparecerá una ventana Create New

Express Task (Crear nueva tarea express), en la que aparece dos opciones de señales Acquire

y Generate Signals (Adquirir y Generar señales) para el proyecto que se está realizando se

adquieren las señales que se necesitan de los sensores de humedad como de los de temperatura.

Por lo tanto se toma la opción de Acquire Signals (Adquirir Señales) como se muestra en la

figura 4.11.

88

Figura 4.10 Icono de instalación del asistente.

Figura 4.11 Ventana Create New Express Task.

Al seleccionar la opción de Adquirir Señales se observan la opciones de señales análogas,

digitales entre otras; como en éste proyecto va ha adquirir señales que pueden tomar una gran

variedad de valores, de las cuales se ha seleccionado la opción de señales análogas (véase figura

4.12).

Después de haber seleccionado y de dar clic en la opción anterior de Analog Input se

despliega una serie de opciones que se pueden utilizar para cada uno de los proyectos que

89

Figura 4.12 Tipos de señales de entrada.

se puedan desarrollar con DAQ 6009; ya sea de temperatura, voltaje, humedad, corriente,

resistencia, frecuencia entre otras muchas opciones (véase figura 4.13), por lo tanto se sabe

previamente que los sensores entregan voltajes pequeños que se pueden medir, para esto se ha

seleccionado la opción de entradas de voltaje.

Figura 4.13 Opciones de tipos de señales de entrada.

90

Después de la selección del tipo de entrada de las terminales de la tarjeta van a adquirir y a

codificar para mostrar los datos en pantalla; el siguiente paso es la selección de los puertos de

entrada las cuales son los pines que se van a utilizar para conectar los sensores que no estarán

mandando datos (véase figura 4.14).

Figura 4.14 Selección de Pines Para los Sensores.

Al terminar lo anterior, se oprime finalizar, y en la ventana para crear una nueva tarea se

cierra y da paso a una nueva ventana que permitirá personalizar las variables a gusto propio,

también en esta ventana se puede añadir o quitar variables como sea conveniente y cambiar el

nombre de las variables de entrada (véase figura 4.15).

Ahora que se seleccionaron las entradas de la tarjeta, aparece otra ventana con el nombre

de cada una de las variables que se tienen de entrada, a estas se les puede cambiar el nombre

para poder distinguir de que son cada entrada que se tiene (véase figura 4.16), y así hacer más

rápida la localización de cada una de estas en el diagrama de la tarjeta.

El cambiar el nombre es personal, pero siempre debe de tener un formato en el cual que

tenga espacios en blanco para separar palabras y números o en el algunas ocasiones las dos.

Se encuentran en la ventana que se abre al inicio que se llama Express Task y que se tiene una

segunda ventana que se llama Connection Diagram (Diagrama de conexión), esto para saber

91

Figura 4.15 Asistente de DAQ para pruebas en LabVIEW.

cuál es la configuración de la que va a conectar en cada una de la entradas y como se deben

acomodar en los pines de la tarjeta que deben ir conectados correctamente (véase figura 4.17).

En la ventana de DAQ Assist, se tiene la oportunidad de cambiar las variables de entrada;

como añadir y quitar variables esto para futuros cambios en un programa. Después de lo

anterior únicamente se selecciona y oprime el botón de OK, para cerrar la ventana de DAQ

Assist y así dejar que se guarden los cambios de lo que se hizo en esta ventana. Para volver a

la ventana de DAQ Assist únicamente se dará doble clic para cambiar las características.

4.6.2 Configuración y conexión de entradas y salidas digitales

Abre un nuevo VI (Instrumento Virtual), “File»New VI”, se ha visto anteriormente y se

puede consultar en el Apéndice B.

Presiona “Ctrl + T” para que el panel frontal (Interfaz de usuario) y el diagrama a blo-

ques (Parte de programación) se acomoden de manera vertical en la pantalla. Haciendo clic

derecho sobre el panel frontal para que se despliegue la paleta de controles. Lo siguiente es

pegar en el panel frontal una perilla (Knob) que se encuentra en “Controls»Modern»Numeric”

92

Figura 4.16 Cambiar nombre de cada una de las variables.

Figura 4.17 Diagrama de conexión de cada sensor o variable de entrada.

93

(es importante que ajuste la escala de 0 a 5, dando doble clic sobre el número 10 y modifi-

candolo); de igual manera un indicador para gráficar forma de onda (Waveform Chart) que se

encuentra en “Controls»Modern»Graph”. Por último, inserta un indicador booleano (Round

Led) desde “Controls»Modern»Boolean” cambia el nombre del indicador a “Entrada Digital

P1.0”. Acomoda la interfaz de usuario como se muestra en la figura 4.18.

Figura 4.18 Panel Frontal y Diagrama de Bloques.

En el diagrama de bloques (parte derecha) será necesario poner un ciclo repetitivo para que

la aplicación corra de manera continua (While Loop) es importante que lo hagas del tamaño de

la ventana, este se obtiene de la misma manera que se obtuvo en el subtema de configuración

y conexión de entradas y salidas analógicas del subtema anterior.

Posicionandose a la izquierda de la condición de paro una vez que salga la herramienta de

cablear haciendo clic derecho y selecciona la opción “CreateControl", para crear un botón de

stop para la aplicación (véase figura 4.19).

Figura 4.19 Botón de Stop Para la Aplicación.

94

Lo siguiente que se realiza es insertar la herramienta de asistente del DAQ, para esto; en

el diagrama a bloques selecciona una Asistente de Adquisición (DAQ Assist) desde “Fuc-

tions»Measurement I/O»NI-DAQmx” como se seleccionó en el subtema anterior. Esperar a

que se abra la venta de configuración y selecciona “Acquire Signals»Analog Input»Voltage”

y se presiona “Next”, selecciona la entrada AI0 de la tarjeta 6008/6009 y se presiona “Fin-

ish”. En la opción “Acquisition Mode” se selecciona “1 Sample (On Demand)”, en la opción

“Terminal Configuration” se selecciona la opción “RSE” y presiona la tecla “OK”. Cablea la

salida “data” del asistente al gráfico (Waveform Chart). Hay que notar algo importante en lo

explicado, es algo que se ha hecho anteriormente y se encuentra muy claramente con imágenes

y datos.

Se abre nuevamente un Asistente de Adquisición. Ahora se selecciona “Generate Sig-

nals»Analog Output»Voltage” y se presiona “Next”, seleccionando la salida AO0 de la tarjeta

6008/6009 se presiona “Finish”.

Figura 4.20 Control de Entrada a la Tarjeta.

Abriendo un nuevo Asistente de Adquisición el tercero de esta práctica. Ahora se selec-

ciona “Acquire Signals»Digital Input»Line Input” y se elige la línea “port1/line0”, después

presiona la tecla “Finish” seguido de la tecla “OK”. Es necesario conectar la salida del asis-

tente “data” a la función “Index Array” en la entrada “array” esta función se encuentra en

“Functions»Programming»Array”, se crea una constante en la entrada “Index” con el valor

cero (con clic derecho create»constant) y conecta la salida de la función “element” al indicador

digital “Entrada Digital P1.0” (véase figura 4.21).

Se abre un cuarto Asistente de Adquisición. Ahora se selecciona “Generate Signals»Digital

Output»Line Output” y se elige la línea “port0/line0” y manteniendo presiona la tecla “Shift”

del teclado elige también la línea “port0/line1”, después se presiona la tecla “Finish” seguido de

95

Figura 4.21 Asistente de Adquisición.

la tecla “OK”. Es necesario conectar la entrada del asistente, haciendo clic derecho y seleccio-

nando “Create»Control”, en el panel frontal reduce el tamaño del arreglo a dos elementos de-

spués con clic derecho sobre el led se elige la opción “Replace»Modern»Boolean»VerticalToggl”,

aumenta el tamaño del interruptor (véase figura 4.22).

Figura 4.22 Tamaño del Interruptor.

NOTA: Para inicializar el arreglo, es necesario cambiar el valor del segundo interruptor.

Por último, en el diagrama a bloques se pega la función “Wait (ms)” y se crea una constante

de valor 200 (véase figura 4.23).

Figura 4.23 Constante de Valor.

96

Se Guarda en el escritorio el VI (de instrumento virtual) con el nombre de “Hola Mundo”,

sin dejar espacios. El VI debe de quedar similar a la figura 4.24 que se muestra a continuación.

Figura 4.24 Panel frontal y diagrama de bloques terminado.

Verifica la funcionalidad del programa. Presionando el botón “Run” o desde el menú “Op-

erate»Run”. Prende el led real, verifica que el segundo interruptor prenda el led que representa

la entrada del puerto 1 (P1.0) y mueve la perilla para que se vea el cambio en la gráfica.

Capítulo 5

Diseño del Sistema de Incubación(Incubadora)

A continuación se muestra el procedimiento utilizado para la elaboración del prototipo

de la incubadora, que servirá para la realización de las pruebas del control y lógica difusa

implementadas en la plataforma de LabVIEW.

5.1 Descripción de la incubadora

Al imaginar una incubadora lo primero que se viene a la mente es una caja con animalitos

o en ciertos casos de cristal con un bebe dentro, en donde se mantienen calientes y crecen

un poco para que así después puedan sacarlos para que vivan normalmente. En si sólo es un

sistema que recrea un ambiente idóneo para seres vivos.

5.1.1 Idea de incubadora

La idea que se tiene de fabricar y diseñar la incubadora está formada por especulaciones.

Lógicamente no se pretende tener una incubadora enorme ni que pueda contar con un gran

número huevos.

El compartimiento que se tiene en mente es un cubo de un material en específico, cómo es;

madera, vidrio, acrílico, metal, etcétera. En una forma de un prisma, con algunos orificios en

un costado para absorción del oxígeno y la expulsión del bióxido de carbono CO2, juntamente

con un pequeño ventilador, cómo los usados en las fuentes de PC, para el movimiento del aire

98

caliente y la compensación de la absorción del oxígeno; el prototipo también debe contar con

lo principal de una incubadora que son las lámparas que tomaran el papel de calentadores del

ambiente dentro de la misma, las cuales también determinarán la humedad, pues con el calor

que emiten producirá la evaporación del agua contenida en los recipientes que se colocarán en

el interior de la maqueta y así tener la humedad necesaria para la incubación; además se tendrá

una pequeña ventana para observar como se desarrolla la incubación.

Para esto se tiene la siguiente imagen (figura 5.1), la cual muestra, en una forma muy

general, las partes que componen a la incubadora que se tiene en mente y también sus medidas,

entre otras cosas.

Figura 5.1 Dibujo Previo de la Incubadora.

5.1.2 Fabricación de la Incubadora

Después de estar en un constante debate de la forma y las dimensiones que la incubadora

tendrá, se llegó a la conclusión de que se tienen que satisfacer varias necesidades de carac-

terísticas que puede tener una incubadora, para esto se comienza con lo que puede ser llamado

carcasa o chasis.

Esta es la primera de varias de las partes del prototipo, y para construirla se usan varias

tablas con las medidas que se necesitan para formar el espacio requerido para el sistema que se

va a instalar; así con esas tablas se va a formar una especie de caja para contener el calor que se

debe tener para la incubación (véase figura 5.2). El material que se utilizó para la fabricación

de esta caja se llama aglomerado, la cual es resistente, térmica y tiene una recubierta que la

protege de la humedad y a su vez es de fácil limpieza.

99

Figura 5.2 Carcasa, chasis o esqueleto de incubadora.

Como se muestra en la figura 5.2, la caja es el esqueleto de la incubadora, pero aun se puede

decir que está en la primera etapa de construcción; después se decidío colocar una charola

deslizable que ayudará a que la limpieza sea más rápida y a tener un mejor movimiento de los

objetos que estén dentro de la incubadora. Esta charola, como se indica en las figuras 5.3 y 5.4,

puede desplazarse dentro y fuera de la caja para que realice una buena función.

Figura 5.3 Charola de la Incubadora.

A la carcasa únicamente le falta la puerta la cual está hecha con el mismo material con el

que se hizo (aglomerado), la puerta tiene tres bisagras las cueles tendrán sujeta al esqueleto,

100

Figura 5.4 Charola Dentro de la Caja de Incubadora.

esta parte de la incubadora tiene una ventana con la cual se puede ver el interior y así tener una

vista al interior sin abrirla y se puede evitar que se enfríe por algo tan simple como el de checar

si un calentador, un ventilador o algún objeto que haya dejado de funcionar y con esta ventana

se observa que únicamente tendrá que abrir la incubadora si es necesario (véase figura 5.5).

Para evitar que la incubadora se abra accidentalmente se colocaron unas armellas para un

candado que cuida que no se abra la puerta mientras se tenga el proceso de incubación hasta

que sea necesario o inevitable abrirla (véase figura 5.6).

En el proceso de incubación se necesita hacer observaciones en los diferentes aparatos que

se encuentren dentro de la incubadora, para ver si dejan de funcionar o no están cumpliendo

con su objetivo, se colocó una ventana en la puerta con vidrio por dentro y por fuera para crear

así un aislamiento térmico (véase figura 5.7).

101

Figura 5.5 Incubadora con la Puerta Puesta.

En capítulos anteriores la incubación de huevos de gallina tiene que tener cierta clima-

tización, respiraciones de oxígeno (O), y de expulsión de bióxido de carbono (CO2) para

mantener un ambiente adecuado para el proceso. Así que, para la absorción de oxígeno, se

perforaron algunos orificios como se muestra en la figura 5.8 (a), también en el proceso de la

incubación se debe deshacerse del gas CO2 y teniendo en cuenta que este gas tiende a subir, se

perforaron orificios en la parte alta de la incubadora para que se escape este gas venenoso que

puede echar a perder a los huevos en eclosión (véase figura 5.8 (b)).

Se sabe que un elemento importante de la climatización de la incubadora necesita un por-

centaje de humedad en el ambiente. Para resolver este problema se colocó en el interior del

recinto unos portavasos que servirán para colocar recipientes con agua la cual con la tempera-

tura que se tiene del ambiente empezará a evaporar y a humidificar el interior de la incubadora

(figura 5.9).

En el interior de la incubadora se tienen dos ventiladores, con diferentes funciones cada

uno, los ventiladores son de 12 volts pero de diferente tamaño. El primero y el de mayor

tamaño que tiene un objetivo que es el de mover el aire caliente en el interior del recinto para

que se mantenga la misma temperatura en todo el interior, este mismo ventilador tiene una

102

Figura 5.6 Armellas para el Candado (Seguro).

característica de que no tiene mucha velocidad y por lo tanto no tiende a enfriar mucho el sis-

tema pues esto afectaría a la eclosión del huevo. El segundo ventilador es pequeño y se colocó

pegado en la parte de arriba para que así aspire y expulse el bióxido de carbono y se colocó

exactamente debajo de los orificios de la figura 5.8 b) también son pocos los agujeros para

que no extraiga demasiado aire caliente y no se enfrié el recinto. Estos dos ventiladores como

se observa en la figura tienen diferentes trabajos importantes para el proceso de la incubación

(véase en la figura 5.10).

NOTA: Muchos de los objetos que se encuentran, pueden cambiar para adecuar la in-

cubadora a las características necesarias.

103

Figura 5.7 Vidrio de Aislamiento de Temperatura (Ambos lados de la ventana).

(a) Respiración de Oxígeno (b) Expulsor de CO2

Figura 5.8 Respiración de la Incubadora.

El siguiente paso es colocar los sockets que se usarán para las lámpara que calentarán

el ambiente dentro de la incubadora, estos sockets serán instalados en la parte de arriba y

acomodados respectivamente a una distancia igual de lámpara a lámpara, esto para distribuir

bien las fuentes de calor y así garantizar que el calor estará distribuido en todo el recinto (véase

figura 5.11).

Las lámparas que se usaron para calentar, son de 12 volts de corriente directa (DC), las

cuales darán 20 watts de potencia que calentarán la incubadora hasta llegar a la temperatura

ideal para que eclosionen los huevos de gallina. Usando cuatro lámparas se suman 80 watts

que son suficientes para llegar a su propósito (véase figura 5.12).

104

Figura 5.9 Portavasos para recipientes con agua.

Figura 5.10 Ventiladores de expulsión y de expansión de calor.

Para tener un mejor aislamiento en el incubadora, se forró el interior con un material que es

utilizado para hornos, estufas, boiler, entro otros productos en donde se necesita aislar el frío o

el calor, forrando las paredes, la parte de arriba y la puerta, tomando en cuenta que cierre bien

la puerta (véase figura 5.13).

105

Figura 5.11 Sockets para las lámparas.

Figura 5.12 Lámparas de 12 volts y 20 watts (Utilizadas para calentar).

Figura 5.13 Forro de aislamiento.

Para la colocación y el manejo de los huevos de gallina se fabricó un porta-huevos para que

no se vayan a voltear cuando no se requiera y tengan una base firme los polluelos que vayan

naciendo. Este porta-huevos puede contener hasta 20 huevos a la vez (véase la figura 5.14).

La fuente de calor para la incubación son cuatro lámparas que su máxima potencia ele-

vará la temperatura, pero como también se requiere humedad para la incubación, para esto se

elaborará humidificadores los cuales, son fáciles de fabricar, para esto se colocó ventiladores

106

Figura 5.14 Porta huevos.

pequeños encima de los vasos que contienen agua para que estos muevan el líquido y con esto

se empiece a humedecer el ambiente, esto para los dos vasos. Otro tipo de humidificador fue

uno con un ventilador aun más grande con un recipiente con mayor superficie para incrementar

la humedad dentro de la incubadora (véase en la figura 5.15).

Figura 5.15 Humidificadores de Vaso y de Charola.

107

Para elevar aun más la humedad y así llegar a la cantidad requerida para la incubación, se

usaron charolas térmicas con una mayor superficie para que el ambiente dentro de la incubadora

tenga más contacto con la humedad 5.16.

Otra de las cosas que se utiliza para la retención de la humedad es la parte inferior de la

incubadora que es la charola que se hizo para contener la huevera, ésta misma está rellena de

aserrín humedecido para no se escape demasiado rápido la humedad ya contenida en el interior.

Figura 5.16 Charolas con Agua y Charola con Aserrín.

Al momento de estar elaborando y haciendo pruebas, el ventilador grande con luz verde que

se observa en la figura 5.10, se tubo que quitar pues ocupaba espacio y al sumar el movimiento

del viento de este con los de los humidificadores, se enfriaba la incubadora y eso ocasionaba

que la temperatura bajará o no llegará a su nivel deseado.

Observando en la figura 5.16, se utilizó todo el piso de la incubadora para un humidificador

y charolas con agua para elevar así aun más la humedad dentro de la incubadora, por lo que la

base donde se colocará el porta huevos, plataforma que se encuentra a una altura por debajo de

la mitad de la incubadora para colocar el porta-huevos y dejando un espacio. Está base no debe

de interrumpir el flujo del humidificador de la parte de abajo de la incubadora ni la cantidad

de flujo de las charolas que contienen agua para humedecer el ambiente. Para esto se fabricó

una especie de base con malla para mosquitero, tela por donde subirá la humedad de la parte

inferior de la incubadora hacia la parte superior (véase figura 5.17). Con esto se concluyó la

fabricación de la incubadora y su estructura (véase figura 5.18).

108

Figura 5.17 Base con Tela de Mosquitero para Colocar la Base de Huevos, antes de ser instalada.

Figura 5.18 Plataforma con Tela de Mosquitero para Colocar la Base de Huevos, después de instalarla.

109

5.2 Circuitería

5.2.1 Sensores de Temperatura

La medición y el muestreo de la temperatura, dentro de la incubadora, es tomada por el

sensor comercial LM35DZ, de la empresa de semiconductores Nacional Semiconductor. Los

datos de este sensor se pueden observar en el Apéndice A.

Dentro de la incubadora se instalaron sistemáticamente dos de estos sensores, para tomar

datos y transmitirlos a la tarjeta DAQ que se utilizó en esté prototipo. Se colocarón en la parte

superior de la incubadora y el otro se colocó en la parte media, este se encuentra muy cerca de

los huevos a incubar (véase en la figura 5.19).

Figura 5.19 Localización de los sensores.

Se diseño un circuito impreso, para la conexión de los sensores de temperatura, conjunta-

mente se diseño apropiadamente el impreso para los sensores de humedad HIH-4001 (véase

en el Apéndice D); la conexión para los sensores de temperatura es la recomendada en la hojas

110

de datos como se muestra en la figura 5.20. Esté sensor tiene una alimentación de 5 volts, así

que se tomó de una salida de USB de la computadora para alimentar la tarjeta impresa de los

sensores como se muestra en la figura 5.21.

Figura 5.20 Configuración de Conexión del LM35DZ.

Figura 5.21 Alimentación de Sensores LM35DZ.

Haciendo mención, en el impreso que se elaboró para los sensores de temperatura, se

acoplaron también los sensores de humedad en la misma. El impreso se realizó para tres sen-

sores de temperatura, para hacer una prueba de cuantos sensores se puede hacer el sistema; al

terminar la incubadora sólo se usaron dos de los tres sensores de temperatura como se muestra

en las figuras 5.225.23.

5.2.2 Sensores de Humedad

El sensado de la humedad dentro de la incubadora es obtenido mediante los sensores de

temperatura HIH-4010, de los cuales se observan sus características en las hojas de datos que

se encuentran el Apéndice D. Los datos del sensor de humedad está dada por HR (Humedad

Relativa) y su unidad de medida es en porcentaje (ejemplo: 100% HR, 85% HR, etcétera),

111

Figura 5.22 Impreso de los Sensores de Humedad y Temperatura.

Figura 5.23 Circuito Impreso de los Sensores de Humedad y Temperatura.

los sensores trabajan con un voltaje de 5 Vcd, estos sensores fueron colocados en el mismo

circuito impreso donde se encuentran los de temperatura, que se muestra anteriormente en la

figura 5.23, por consiguiente este tipo de sensor tiene una forma de conexión en el cual se

puede calibrar para que se obtenga una buena medición de HR (véase figura 5.24).

La localización de estos sensores se encuentra en las paredes en los extremos de la in-

cubadora y muy cerca de los humidificadores que se diseñaron para elevar la cantidad de

humedad dentro del pequeño recinto, los cuales se pueden ver en la figura 5.19, la configu-

ración de alimentación es muy parecida a la de los sensores de temperatura (véase figura 5.25).

112

Figura 5.24 Configuración de Conexión del Sensor HIH-4010 de Humedad.

Figura 5.25 Configuración de Alimentación del Sensor HIH-4010.

El voltaje que se obtiene de la salida de los sensores de HR, mandan una cantidad que no

corresponde a lo que en realidad se esta midiendo en ese momento, se tiene que hacer una

conversión con la ecuación dada por el proveedor de circuito integrado, la cual se encuentra en

las hojas de datos del Apéndice D, ecuación que al estar bien aplicada da un valor real de la

humedad medida como en (5.1) que se puede ver en la tabla de especificaciones del fabricante.

En esta ecuación sólo se despeja la parte del “sensor RH” para obtener completamente la

humedad relativa correspondiente.

Vout = (Vsupply)(0.0062(sensorRH) + 0.16) (5.1)

5.2.3 Circuitería de Lámparas

El calentamiento interior de la incubadora es provocado por cuatro lámparas incandescentes

de 12 volts y 1.5 amperes, las cuales están divididas en parejas, para ser alimentadas por dos

fuentes de voltaje de 15 volts (véase figura 5.26). Cada par de lámparas están conectadas en

113

paralelo con su respectiva fuente de voltaje como se muestra en el diagrama de la figura 5.27;

lo anterior para cada par de las lámparas que se uso.

Figura 5.26 Fuentes de Voltaje de 15 volts.

Figura 5.27 Diagrama de conexión de las Lámparas.

En la programación de LabVIEW, el máximo voltaje que se obtiene a la salida de la tarjeta

es de 5 volt, así que se diseñó una etapa de potencia para que las lámparas enciendan y calienten

el interior, la etapa de potencia debe de ser de 2.4 de ganancia con respecto a la salida de

la tarjeta. La etapa de potencia esta basada en el manual de control, sólo que con algunas

modificaciones, en vez de utilizar el LM324 como Amplificador Operacional, se utilizó el

UA741; estas etapas de potencia (figura 5.28) tienen como entrada, la salida de la tarjeta DAQ

6009 (salida analógica que varia su voltaje entre 0 y 5 volts) que esta programada para que

eleve la temperatura a un nivel deseado.

114

Figura 5.28 Etapas de Potencia para las Lámparas.

La salida análoga de la tarjeta DAQ se conecta con las dos entradas de potencia que se

muestran en la figura 5.28, y la salida que se encuentra entre la resistencia de un 1KΩ y el

Emisor del transistor TIP35C que se encuentra después del TIP31C, en este nodo se obtiene la

salida de la etapa de potencia, la cual, se conecta a las lámparas incandescentes.

5.2.4 Circuitería de Ventiladores y Humidificadores

Los ventiladores y los humidificadores sirven para aumentar y disminuir la humedad den-

tro del recinto de la incubadora. Mientras que el ventilador de la parte superior extrae el

calor, al mismo tiempo los humidificadores elevan la humedad. Tanto los ventiladores como

los humidificadores están conectados en paralelo con su respectiva salida digital de la tarjeta

de adquisición DAQ, claramente después de su etapa de potencia, pues la salida digital sólo

entrega un voltaje de 0 ó 5 volts (véase el circuito completo en la figura 5.29).

Los ventiladores que se usan para los humidificadores y el ventilador de extracción de

calor y CO2 son ventiladores de 12 V y de 300 mA. El ventilador que observa en la figura 5.29

representa tanto humidificadores como el ventilador mismo.

115

Figura 5.29 Circuito Completo de Humidificadores y Ventiladores.

En la programación de esta salida digital que tiene los humidificadores, sólo se programó

para encender y apagar dependiendo de lo que estén midiendo los senores de Humedad HIH

4010, después de su adaptación con (5.1) y de su promedio.

La fuente de voltaje que se usó para alimentar la etapa de potencia de los ventiladores es

muy similar a las fuentes de 15 volts que se usa para las etapas de potencia de las lámparas;

estas fuentes son de 15 V y de 12 V, fuentes de voltaje duales (véase figura 5.30).

Figura 5.30 Fuente de Voltaje de 12 V.

116

5.3 Programación en LabVIEW del Sistema

5.3.1 Diagrama de Bloques

En la programación de bloques de LabVIEW, primero se adquirió la señal de los sensores

tanto de Humedad (HIH 4010) como los de temperatura (LM35DZ), mediante el bloque de

DAQ Assistant, bloque que se estudió en el capitulo 4 de la tarjeta de adquisición de datos

DAQ 6009, y en donde se observó el procedimiento para la obtención de las señales que se

usará como entrada, en este caso los tipos de sensores que se utilizan. Las señales adquiridas

se contemplan como señales de números enteros y se necesitaría cambiarlas a números flotantes

para poder trabajar con ellas, así que se usó el bloque “Get Y Value”, que se encuentra dentro

de las herramientas de Wavefrom, y que nos sirve para cambiar el tipo de datos, de enteros a

flotantes; después de esto, se hacen las operaciones de promedio y la de adaptación para los

sensores de Humedad. Para los sensores de temperatura se hace la comparación entre un valor

deseado y un valor real (obtenido de los sensores) y tanto el valor real como el valor de la

comparación, entran al bloque de Fuzzy donde se hace el proceso de Fuzzyficación para estas

dos señales, así el programa toma las decisiones correspondientes, y entrega un valor entre 0 y

5, esto se hace con un bloque de rango y la salida de este mismo, se manda a la salida digital

de la tarjeta DAQ, el DAQ Assistant que se configura independientemente del que tenemos

para la adquisición de la señal de los sensores. Para la señal de los sensores de Humedad,

después de cambiar el tipo de dato, de aplicar el promedio y la ecuación para tener exacta la

HR, se compara con una matriz o arreglo y así programarla como una salida digital, con DAQ

Assistant programado independiente a los otros para nuestra salida Digital (El programa se

puede ver en la figura 5.31).

5.3.2 Panel Frontal

En el panel frontal se tiene la perilla para seleccionar la temperatura deseada y verificarla

con su respectivo display, también se tiene un display para la humedad deseada, la cual tiene

un led azul, para encender cuando la humedad esta por debajo del valor deseado por lo tanto

este mismo se apagará cuando el valor llegue a cumplirse; se tiene también tres gráficas donde

117

Figura 5.31 Diagrama de Bloques del programa del sistema difuso.

se visualizan los valores de Humedad y Temperatura que se tienen dentro de la incubadora,

también una gráfica donde se observa el valor de voltaje que se tiene en la salida de la tarjeta

que se conecta a las etapas de potencia para encender las lámparas; el programa cuenta con

un display para observar el error que se tiene de temperatura en el proceso; un display para

colocar el tiempo de retardo para ver cada medición que se necesite (véase figura 5.32 ).

Figura 5.32 Panel de Control.

118

5.3.3 Control Difuso del Sistema

Para el desarrollo del sistema difuso se utilizó el paquete Fuzzy Logic Controller Design,

en donde se trabaja para crear los universos de discurso, sus etiquetas y la edición de las reglas.

Comenzando con el desarrollo del programa con la variable de temperatura, teniendo un

Universo de Discurso con un rango de entre 30 y 50 C, teniendo como etiquetas: Demasiado

Frío, Muy Frío, Frío, Templado, Caliente, Muy Caliente y Demasiado Caliente, etiquetas que

están dispersadas en el universo del discurso de una forma poco simétrica ideal para el sistema

(véase en la figura 5.33).

Figura 5.33 Universo del Discurso de Temperatura.

La segunda variable fuzzyficada es el Error de Temperatura, esta variable tiene un rango

con media de entre -10 y 10 C, con etiquetas con los nombres de: Error Máximo Negativo,

Error Negativo, Cero, Error Positivo y Error Máximo Positivo, y dispersadas en el Universo

del Discurso en forma conveniente para el sistema (véase figura 5.34).

La variable que se tiene como salida con el nombre de Voltaje de Lámparas, se manda a

las etapas de potencia de las lámparas para que eleven o disminuyan su intensidad dentro del

pequeño recinto. Ésta variable tiene como etiquetas en su Universo del Discurso como: Voltaje

Mínimo, Bajo, Medio, Alto y Máximo. Estas etiquetas están entre un rango de 0 a 5 V, que es

el rango que tiene como salida la tarjeta DAQ, en su salida analógica.

119

Figura 5.34 Universo del Discurso de Error de Temperatura.

Figura 5.35 Universo del Discurso de Voltaje de Lámparas.

Con lo anterior se ha fuzzyficado entradas y salida del sistema según criterios de la lógica

difusa. Ahora se sigue con la edición de las reglas difusas, tomando en cuenta el análisis que

se hizo previamente con las variables de entrada y salida. Como un considerable número de

reglas, se presentan en las tres siguientes figuras 5.36, 5.37 y 5.38.

120

Figura 5.36 Reglas Difusas de 1 a 15.

Figura 5.37 Reglas Difusas de 16 a 30.

Figura 5.38 Reglas Difusas de 31 a 35.

Capítulo 6

Pruebas y Resultados

6.1 Prueba número 1 “Temperatura y Humedad”.

En esta primera prueba que se hizo, se utilizaron cuatro lámparas para calentar el ambiente,

dos vasos con agua para humedecer el recinto, y dos ventiladores uno grande y uno chico, el

grande para dispersar el calor de las lámparas en todo el recinto y el chico para sacar el aire

por la parte de arriba, además de esto se utilizó un multímetro y un sensor de humedad, en el

multímetro utilizó un termopar para leer la temperatura en la que se encuentra la incubadora y

el sensor de humedad fue utilizado para hacer una comparación con las lecturas del multímetro

y además de saber exactamente de cuanto es el porcentaje de Humedad Relativa (HR) dentro

de la incubadora.

Lo que se observó en esta prueba, es que la temperatura sobrepaso los 50 C y la humedad

relativa comenzó de 20% y cayó hasta un porcentaje entre un 10% y 12%. Cuando recién se

encendieron las lámparas, la temperatura llego como a 35 C, pero al momento de funcionar

el ventilador que haría circular el calor por toda la incubadora, se elevó la temperatura so-

brepasando los 50 C, en ese momento disminuyó aún más la humedad dentro de la cabina de

incubación. También se observó que el ventilador de la parte superior de la incubadora extrae

el aire caliente, es decir que si es capaz de sacar el Bióxido de Carbono CO2.

122

6.2 Prueba número 2 “Elevar la temperatura”.

En esta prueba se utilizó exactamente lo mismo, con la única diferencia que se usó aserrín

para contener un poco de humedad dentro de ésta, para esto esparcimos el aserrín dentro de la

charola, éste material se tuvo que humedecer un poco para que al calentarse produjera vapor y

así tratar subir la humedad un poco más.

Observamos que tenemos solamente un porcentaje de verdad en nuestra teoría, pues al

pasar algunos minutos de haber llegado a la temperatura máxima la humedad alcanzó un 36%

de HR. Al observar que iba bajando su porcentaje se tubo que extraer la charola que contenía

el aserrín húmedo y se observó que este material se empezó a secar, y fue el motivo de que la

humedad bajará su porcentaje. Para una prueba idéntica humedecimos más el aserrín, pero el

efecto fue el mismo se sigue secando después de aumentar la humedad por algunos minutos

más.

6.3 Prueba número 3 “Humedad con humidificadores”.

En ésta prueba se trató de fabricar humidificadores con los vasos que ya se tenían y colocán-

doles un pequeño ventilador esto para mover un poco el agua y así que se puede humedecer el

ambiente en el interior de la incubadora, pero esta vez dejando el aserrín sin humedecer.

Con los humidificadores que se fabricaron se elevó la humedad y se mantuvo en un nivel

estable de 34% de HR, pero al momento, fue también aumentando la temperatura y la humedad

empezó a bajar hasta un 22% de HR.

6.4 prueba número 4 “Elevar la Humedad con mayor superficie”.

En este experimento se utilizó lo de las pruebas anteriores solamente se agregó dos charolas

de unicel (hielo seco) porque tienen una superficie de agua más grande y se tiene más espacio

en contacto en el agua.

Lo que sucedió en esta prueba fue que las charolas llenas de agua aumentan la humedad

hasta 56% de HR pero no llega a la humedad deseada que se pide para la incubación de los

123

polluelos cuando están a punto de empollar pues en ese momento la humedad debe de ser del

70% de HR.

6.5 Prueba número 5 “Alcance de humedad”.

Al ver que no se alcanzó la meta del 70% de HR; se tuvo que utilizar un nuevo humidifi-

cador muy parecido al los humidificadores de los vasos, un recipiente rectangular y un venti-

lador un poco más grande.

Con esto si se pudo llegar a la cantidad de 70% de HR, aun que se sobrepaso un poco con

algunas cantidades alrededor de las 75% de HR.

6.6 Prueba número 6 “Variables que afectan la humedad”.

Utilizando todo lo que hemos hecho de las pruebas anteriores, y poniendo el sistema en-

cendido como tal vez funcionaría en un proceso real.

Antes de que se iniciará el encendido de la incubadora y de todos sus componentes, se

observó en el medidor de humedad que tenía un nivel del 60% de HR, esto por haber dejado las

charolas y los humidificadores cargados de agua toda la una noche, esto dejo que se evaporara

un poco el agua y así se humedeció el ambiente dentro de la incubadora sin necesidad de

consumir energía.

Se calentó primero la incubadora con las cuatro lámparas en un tiempo de 30 minutos

y después de que se estabilizó el valor de la temperatura, se encendieron los humidificadores

(ventiladores de los vasos y el recipiente), cuando la humedad se estabilizó se tuvieron que apa-

gar un par de lámparas, pues la humedad según aumentaba; así que la HR aumentó y sobrepasó

con muy poco porcentaje de humedad requerida, así que se optó por encender el ventilador que

se encuentra en la parte superior de la incubadora, para que extrajera el calor excedido y un

poco de humedad, efectos que se corroboraron.

124

6.7 prueba 7 “Calibración: sensores de humedad”.

Con las variables que se colocaron (Humidificadores y lámparas), se realizó el circuito

para el sensor de humedad HIH-4010-003, esto para calibrarlo según el medidor, para que el

medidor y los sensores tengan por lo menos una cantidad similar el uno con otro.

Comenzando por armar un circuito que se encuentra en la hoja de datos del sensor antes

mencionado la resistencia que se coloca por sus características, es de 80 KΩ. Con esta config-

uración tuvimos errores entre los sensores y los medidores, con errores entre 5% y 10% de HR.

Por tal motivo comenzamos una calibración con varios valores desde 90KΩ y disminuyéndolo

10 KΩ desde los 90 KΩ hacia abajo hasta llegar a los 30 KΩ esto como una primera prueba

(Tabla 6.7), pues en los 40 KΩ se acerco demasiado las lecturas de los sensores con referencia

al medidor de humedad y al llegar a los 30 KΩ las diferencia entre el medidor y los sensores

volvió a ser grande, después de esto, se colocó la resistencia de 40 KΩ para después elevar

de 1 KΩ hasta llegar a 50 KΩ, pero se observó que después de la prueba con resistencia de

42 KΩ la inestabilidad de los valores de los sensores y del medidor empezaron a variar en su

diferencia.

Para una primera parte de esta prueba, se fue disminuyendo la resistencia del sensor de

humedad, para así, calibrarlo con los medidores. De esto se obtuvo la siguiente tabla 6.7.

Según la tabla anterior se dsiminuyó la resistencia cada 10 KΩ, para observar que se es-

tabilizaba a 40 KΩ y reduciendo a 30 KΩ las lecturas volvieron a desestabilizarse, así que la

tabla 6.7 muestra las lecturas que se hicieron de 1 KΩ incrementando hasta llegar a 50 KΩ.

De la tabla anterior se muestra que después de los 43 KΩ se desestabiliza, según la tabla

6.7, los datos que más se acercan a la estabilidad con los medidores son las lecturas de 40 y 42

KΩ, pero la más cercana sigue siendo la de 40 kohms.

Conclusiones de las pruebas.

De la prueba 1, se llega a la conclusión de que se tiene que estudiar a fondo lo que es la

humedad relativa dentro de un recinto. También observamos que la temperatura está bien para

ser controlada y disminuir su cantidad.

125

Tabla 6.1 Prueba de humedad con incrementos de 10 KΩ en el potenciómetro de calibración.

Ohms Volts sensor 1 Volts sensor 2 % SENSOR % MEDIDOR Observación

SALIDA SALIDA

80 KΩ 3.1 3.15 74 66 Focos

80 KΩ 3 3 70 74

70 KΩ 3.4 3.4 83 87

70 KΩ 3.17 3.08 74 79 Focos

90 KΩ 3.37 3.27 78 76 Focos

90 KΩ 3.5 3.5 85 74

60 KΩ 3 2.9 70 74 Focos

60 KΩ 3.3 3.3 80 73

50 KΩ 3.76 3.7 93 84

50 KΩ 3.15 3.12 74 76 Focos

40 KΩ 3 2.9 69 71 Focos

40 KΩ 3.2 3.2 77 77

30 KΩ 3.1 2.7 65 83

30 KΩ 2.7 2.4 54 68 Focos

De la prueba 2, se entiende que la humedad depende de la temperatura pero se requiere un

sistema de humedad constante que no se pueda secar al cabo de unos minutos.

En la prueba 3, se toma en cuenta que si tenemos demasiada temperatura la humedad dis-

minuye considerablemente, y en la cual el sistema terminado puede salirse del rango y afectar

a la eclosión de los huevos en proceso.

126

Tabla 6.2 Prueba de humedad con incremento de 1 KΩ de 41 a 43 KΩ en el potenciómetro decalibración

KΩ Volts sensor 1 Volts sensor 2 % SENSOR % MEDIDOR Observación

SALIDA SALIDA

41 2.77 2.72 62 64 Focos

41 2.83 2.85 64 65

42 3.16 3.16 75 70 Focos

42 3.32 3.34 80 70

43 3.58 3.62 88 70 Focos

43 3.89 3.86 98 73

Tabla 6.3 Lecturas de humedad más exactas para 40 y 42 KΩ.

Kohms Volts sensor 1 Volts sensor 2 % SENSOR % MEDIDOR Observación

SALIDA SALIDA

40 2.88 2.81 66 66 Focos

40 3 3 70 67

42 3.4 3.2 75 66 Focos

42 3.4 3.3 82 68

En esta prueba 4, se analizó que a mayor superficie de agua en contacto con el ambiente es

mayor la humedad.

En esta prueba 5, se sobrepasó la cantidad de HR que se puede admitir, llegando a la

conclusión de que se tienes que controlar la humedad con sensores.

De esta prueba 6, se llega a la conclusión de que un día antes de que se coloque una

camada de huevos fertilizados, se debe dejar agua en los recipientes correspondientes, para

que en el transcurso de la noche se humidifique el ambiente sin gastar energía en humedecer la

incubadora unos momentos antes de introducir los huevos en eclosión.

Una conclusión más de la prueba 6, es que se observó que cuando se llega a un porcentaje

de humedad en la incubadora y se sigue calentando aún más el ambiente, la HR empieza a

decrementar hasta un nivel proporcional al incremento de la temperatura.

127

Con la prueba de 7, los sensores de humedad que marcan una mayor cercanía entre sus lec-

turas, se tomarán como referencia los sensores y no el medidor para realizar pruebas posteriores

y el control será para estos sensores y sus lecturas.

6.8 Prueba de la Incubadora para 39 C

Se realizó una prueba con el rango aceptado para la incubación de huevos de gallina de

entre 38.5 C y la 39.5 C, utilizando como valor medio y deseado de 39 C. La prueba se

realizó durante tres dias consecutivos. Durante el proceso se cambio el tiempo de muestreo,

desde tenerlo cada 1800 segundos (30 minutos) hasta disminuirlo hasta diez segundos. En el

decremento del tiempo de muestro se fue modificando por conveniencia propia del programa,

esto dependió mucho pues el sistema podia cambiar durante el tiempo que no hubiera muestras

y el sistema podía fallar, todo esto por que la temperatura cambiaba muy lentamente y la

humedad varia según ciertos factores como son la temperatura y la extracción misma del calor.

Pues la humedad tiende a cambiar si la temperatura sube o baja de su nivel.

Un muestreo donde observamos cambios tanto en la temperatura como en la humedad,

cuando abre la puerta para llenar los humidificadores que se vacían poco a poco puede oca-

sionar una baja en la humedad. Como se muestra en la gráfica de la figura 6.1, hay una pequeña

baja de temperatura de cuatro grados bajo el nivel deseado, aunque al momento de cerrar la

puerta tarda algunos segundos para restablecer su valor. El sistema de control efectúa un cam-

bio en la intensidad de la luz, para elevar la temperatura, al llegar cerca del valor deseado el

control cambia su intensidad según los datos que están llegando al sistema difuso del programa.

Figura 6.1 Gráfica de Temperatura Cuando se Abre la Puerta.

128

En lo anterior, la temperatura no bajo mucho su nivel, como no hay corrientes fuertes

que entran a la incubadora no sacan el calor, solo que al momento de abrir la puerta el efecto

térmico cambia de calor, en el momento en que está abierta no varia mucho únicamente algunos

segundos, esto no influye mucho en el descenso de la temperatura.

En el mismo rango en el que se hizo la prueba para la temperatura, mostramos también lo

que ocurre mientras que la puerta se abre para observar el cambio de los datos que tenemos de

humedad. La gráfica que mostramos en la figura 6.2, nos muestra una gran perdida de humedad

al momento del llenado de los humidificadores, como esta son moléculas de agua que circulan

en el ambiente dentro de la incubadora, al momento de abrir muchas de estas escapan y es

cuando la humedad cae abruptamente; al cerrar la puerta los humidificadores se encuentran

encendidos tienden a elevar la humedad rápidamente para alcanzar su nivel.

Figura 6.2 Gráfica de Humedad Cuando se Abre la Puerta.

En esta prueba se tomó las lecturas en el momento en que hubo cambio en un rango de 480

segundos en el cual se abrió y se cerró la puerta para hacer el llenado de los humidificadores,

actividad que se realizó dos veces y en donde el cambio de temperatura y humedad fue el

mismo. La temperatura bajo algunos grados al abrir la puerta y al cerrarla volvió a su nivel

en algunos segundos; mientras que la humedad bajo demasiado rápido al abrir la puerta y al

cerrarla rápidamente incremento su cantidad hasta llegar al valor deseado. El control difuso no

puede controlar el sistema de los humidificadores, estos están controlados pos un sistema de

salida digital, que al tener la humedad deseada se apagan y se encienden cuando la humedad

esta por debajo de este mismo nivel.

129

En la prueba realizada, no llegamos al valor de humedad adecuado para la incubación, este

valor debería ser de alrededor de 60% HR y sólo llegamos al 50% de HR en el sistema. Esto

sucedió por que las lámparas siempre están en funcionamiento, esto provoca que la humedad no

llegue a su valor. una forma de llegar al valor deseado de la humedad seria apagar por completo

las lámparas, pero esto influirá en la temperatura la cual caerá y tendremos que aumentar el

voltaje al máximo y con esto se puede interrumpir la incubación. es una contradicción entre

estas variables.

Observamos que al abrir la puerta para lo necesario no se interrumpe mucho el ciclo de

incubación, así que en un tiempo corto no afectar el ciclo de incubación del embrión dentro del

cascaron.

130

Conclusiones

Este proyecto se desarrolló para conocer un poco más sobre la tarjeta de adquisición de

datos (DAQ), que funciones tiene, que aplicaciones puede tener y como se puede implementar

en la incubación de huevos de gallina.

Este proyecto es una buena opción para los productores de ave de corral que cuentan con

bajos recursos, debido a que el objetivo principal que se fijó para este trabajo era diseñar e

implementar, un sistema de control difuso, usando LabVIEW, que logre alcanzar y mantener el

nivel deseado de la temperatura en el interior de una incubadora de huevos de ave. El sistema

debe ser eficiente, económico y sencillo lo cual se cumplió satisfactoriamente.

Luego de realizar algunas pruebas en el prototipo de incubadora se dieron diversos valores

tanto de humedad como de temperatura, se puede afirmar que el control aquí propuesto arrojó

buenos resultados, debido a que el sistema tiene un desempeño óptimo. Un problema que se

presentó fue que en el transcurso del tiempo la humedad se tardaba en llenar el recinto de

la incubadora, por ende el sensor de humedad tarda en detectar la lectura, pudiéndose dar el

inconveniente de que no se llegue al valor deseado que se pide ya sea de la humedad o la

temperatura. Pero gracias al control con lógica difusa fue posible la solución del problema

combinando varias de las alternativas de las funciones miembro que se diseñaron.

Las pruebas se realizaron en un prototipo de incubadora con el fin de poder simular las

condiciones de un ambiente con la humedad y la temperatura adecuada para el crecimiento o

reproducción de seres ovíparos, cosa que se logró efectivamente. El costo total del sistema

incluyendo maqueta, sensores, circuitería, Tarjeta DAQ, Computadora y Fuentes, fue aproxi-

madamente de $13,000 pesos (ver Apéndice E), sin incluir el costo del programa LabVIEW

ni la mano de obra, y considerando que al realizar un proyecto de este tipo, siempre se toma

131

en cuenta el factor económico, se puede decir que el sistema es barato y tiene muy buena efi-

ciencia; pero al considerarlo ponerlo en marcha en una rancho avícola el costo del sistema

de control no aumentaría considerablemente debido a que se usaría prácticamente la misma

Circuitería y equipo, solamente sería necesario la implementación de más sensores tanto de

humedad como de temperatura y su cableado.

En cuanto al sistema de etapa de potencia que se usó para el control de focos y ventiladores

que funcionan con Vcd, presentó un funcionamiento completamente aceptable ya que el control

mostró una respuesta que se puede decir casi perfecta.

De la tarjeta de adquisición de datos (DAQ), se puede decir que es un poco cara pero se

pudiera extender su uso para incorporar más variables a controlar y al aplicar el sistema en una

extensión grande se justificaría su costo.

Los sensores de temperatura, aunque son sensores muy baratos y comunes, presentaron un

buen desempeño ya que el rango de medición que presentan se acopló fácilmente a las necesi-

dades de el sistema; en cuanto al caso de los sensores de humedad se puede decir que su precio

no es tan barato pero tampoco tan caro comparado con su funcionalidad y las características

que presenta, justificando así su precio.

Otro inconveniente que tuvimos con los sensores de temperatura fue que al hacer la cir-

cuitería en la tarjeta proto e introducirle los 5v de una fuente dual, estos sensores se calentaban

demasiado y ya no marcaban el valor exacto de la temperatura, lo que hicimos para solucionar

este problema fue sacar 5v de la fuente de la laptop usando el puerto USB y conectárselo al

circuito del sensor, con esta prueba que se realizó con el USB de la laptop los sensores de tem-

peratura no se calentaron más y su resultado fue satisfactorio; hay muchos tipos de sensores

de temperatura, pero el sensor que utilizamos es LM35DZ y todo estos se muestran el capítulo

2.Las recomendaciones que se hacen antes de armar el circuito de un sensor de temperatura,

son entender el diagrama de conexión del fabricante y verificar el funcionamiento de las fuentes

duales que se vayan a utilizar.

En general se puede decir que el sistema completo justifica su precio por la gran funciona-

lidad que presentó el prototipo de la incubadora y lo justificaría más en granjas avícolas ya que

proporcionaría beneficios a los productores y mejoraría su calidad de vida, pues solucionaría

132

el problema de los huevos que en una granja tradicional se pierden por descuido de las gallinas

al empollarlos, aproximadamente 20% del total de huevos. Entonces se puede decir que sí se

cumplieron los objetivos fijados inicialmente para este proyecto.

133

Trabajo Futuro

Para este trabajo no se realizaron pruebas de incubación de huevos reales porque en esta

temporada (otoño) son infértiles, además de que se tardarían 21 días en eclosionar y nos re-

trasaríamos más en la tesis. Sería recomendable realizar posteriormente una prueba de in-

cubación completa para verificar la eficiencia de este sistema.

Para trabajos futuros esta tesis tiene muchas innovaciones y algunas de éstas serían que se

pueden agregar un control mecánico o electrónico de volteo de los huevos, una pantalla digital

(display) que muestre los valores numéricos de la temperatura y humedad, humidificadores

más sofisticados, entre otras cosas.

También se puede considerar para trabajo futuro, buscar la manera de mezclar los enfo-

ques cuantitativos (PID) y cualitativos (control difuso) para enriquecer la búsqueda de nuevas

soluciones a los problemas de incubación en la avicultura.

Se sugiere también probar el uso de otros dispositivos de control como tarjetas de adquisi-

ción de datos que no sean tan caras (algunas tarjetas de texas son baratas pero no todas), un

sencillo PLC, un microcontrolador o incluso un simple convertidor análogo digital para cap-

turar las señales de los sensores y enviarlas a un dispositivo controlador y así no usar la tarjeta

de adquisición de datos (DAQ).

Por último pero como una de las sugerencias más importante es la de mejorar la progra-

mación en LabVIEW de modo que el sistema se pueda controlar desde una sola sesión del pro-

grama, porque sólo se pudo regular una sola variable con control difuso y se requiere controlar

tanto temperatura como humedad. Una posible solución a este problema sería usar versiones

más recientes de LabVIEW.

134

Apéndice A: Sensor LM35DZ

135

136

137

138

Apéndice B: Software LabVIEW

A escasos años de cumplir con su tercera década en el mercado LabVIEW se ha conver-

tido en un estándar en el desarrollo de aplicaciones de test, medios, control de instrumentación

y sistemas de adquisición de datos. Su flexibilidad y potencia, le ha hecho expandirse en

otras áreas como visión artificial, PACs, control de movimiento, HMI y SCADAs para au-

tomatización industrial, análisis de ruido y vibraciones, gestión de información y generación

de informes, etcetera [23]. El desarrollo de la National Instruments no para, siguen dando a

conocer innovaciones con paquetes de librerías y de nuevas herramientas para utilizar en la

ingeniería, instrumentación, diseño, investigación, simulación, entre otras cosas, que aportan

innovaciones a LabVIEW significativamente, y esto hace que éste producto de National In-

struments, esté entre muchos, de los mejores sistemas de programación para la vida de trabajo

diario de científicos, ingenieros y estudiantes a los cuales con sus características de progra-

mación en bloques lo hace ser eficiente y de gran facilidad en la elaboración de programas y/o

algoritmos.

National Instruments, es la empresa desarrolladora y propietaria de LabVIEW; comenzó

en 1976 en Austin, Texas y sus primeros productos eran dispositivos para el bus de instru-

mentación GPIB. En abril de 1983 comenzó con el lanzamiento de su producto estrella: Lab-

VIEW, que vería la luz en octubre de 1986 con el lanzamiento de LabVIEW 1.0 para Macintosh

y en 1992 con la versión 2.0 para Windows, que habría que esperar a septiembre de esté mismo

año.

B.1 Entorno de LabVIEW

LabVIEW es una herramienta de programación gráfica. Originalmente éste programa es-

taba orientado a la elaboración de instrumentos electrónicos que eran usados en el desarrollo

de sistemas de instrumentación a lo que se le conoce como instrumentos virtuales. Por esta

misma razón los programas creados en LabVIEW se guardan en ficheros llamados VI y con la

misma extensión, por sus siglas en inglés Virtual Instruments (Instrumentos Virtuales).

139

Con relación con este concepto se da nombre a sus dos ventanas principales: un instru-

mento virtual tendrá, un Panel Frontal donde estarán sus botones, pantalla, gráficos, etcetera y

una circuitería interna o la programación se le llama Diagrama de Bloques. En LabVIEW se

identifican con el nombre de Panel Frontal y Diagrama de Bloques respectivamente.

• Panel Frontal, es la parte en la cual el usuario ve en si cómo es el instrumento (Véase

figura B.1 imagen de la parte izquierda).

• Diagrama de Bloques, es donde se realiza la programación y suele tener un fondo en

blanco donde aparecen los diagramas que se van a conectar (Véase figura B.1 imagen de

la parte derecha).

Figura B.1 Panel Frontal y Diagrama de Bloques LabVIEW.

El Panel Frontal y el Diagrama de Bloques están conectados entre sí a través de las termi-

nales (elementos que sirven como entradas y salidas de datos en el programa). De la misma

manera un indicador luminoso de la carátula de un instrumento está representando como un

diodo en la circuitería interna, en un programa en LabVIEW ese mismo indicador luminoso

está representado en el Diagrama de Bloques como una salida de tipo booleano sobre el que se

escribe su valor.

En la parte superior de estas ventanas se sitúa una barra herramientas. En el Diagrama de

Bloques esta barra tiene algunas opciones.

140

• En el primer Grupo de herramientas (véase figura B.2 (a)) sirve para controlar la ejecu-

ción de un programa en LabVIEW, con el primer botón se corre una sola vez el sistema

para comprobar si no existen errores y si hay errores se indicará con una flecha rota si

no es así, el programa no tiene ningún error y presentará una flecha completa. El se-

gundo botón permite; igual que el primero, correr el programa y a diferencia del primer

botón este se mantendrá corriendo en forma continua o cíclica. El tercer botón aborta

de inmediato la operación del sistema y el cuarto botón permite realizar una pausa en el

programa en cualquier momento mientras se ejecuta.

• El segundo grupo de la barra de herramientas (véase figura B.2 (b)) sirve para depurar

el sistema que se está corriendo. El primer botón es el Highlight Execution, una de las

herramientas más útiles para depuración, haciendo la ejecución muy lenta para ver qué

es lo que pasa con los datos que se están procesando en su trayecto dentro del programa.

El siguiente botón es el Retain Wire Values éste permite poner un punto de prueba para

ver qué estado tiene anteriormente en cualquier parte del alambrado. Los tres botones

siguientes se utilizan para ejecutar el programa paso a paso en cada uno de los elementos

del programa.

• En el menú que se despliega (véase figura B.2 (c)), permite darle formato a los textos

que se tengan y es recomendable ya que están predefinidos por LabVIEW como el Ap-

plication Font o SystemFont.

• El siguiente grupo de botones (véase figura B.2 (d)) sirve para alinear, distribuir, con-

trolar el tamaño, agrupar y ordenar todos los objetos en la pantalla para que no estén

amontonados de forma incorrecta y se tenga una mejor percepción del sistema en la

pantalla.

• Por último el botón de ayuda (véase figura B.2 (e)), el cual abre el menú del programa

al igual que puede enlazar con la página de National Instruments para obtener aun más

ayuda especializada.

141

Figura B.2 Barra de Herramientas.

Para las funciones en el Diagrama de Bloques con sus respectivas terminales en el Panel

Frontal, se tiene paletas o menús flotantes, llamados por los que manejan LabVIEW, como

paletas de funciones y de controles respectivamente. Además se tiene la paleta de herramientas

que es eficiente a la hora de seleccionar, cortar, alambrar entre otras cosas (véase figura B.3).

Otra ventana útil es la de ayuda contextual, que puede abrirse desde el menú de ayuda

(Help - Show Context Help). En esta ventana se muestra información del objeto que se está

seleccionando con el cursor, que puede ser una función, un VI, un control, un indicador o

también puede aparecer en un enlace a la página de la ayuda relacionada con este objeto (véase

figura B.4).

B.2 Menús (Paletas).

B.2.1 Menú de Herramientas.

El menú de herramientas se muestra en una paleta. En la selección de un instrumento que

se desea usar, esto hace cambiar el tipo del cursor; esto sirve para saber que es la opción de

herramienta que se puede usar al momento inmediato para cada tipo de instrumento (véase

figura B.5).

142

Figura B.3 Paletas y Herramientas de LabVIEW (Funciones, Controles y Herramientas).

Figura B.4 Ventana de Ayuda Contextual.

• Automatic Tool Selection. Sí esta opción está activada sirve para que automáticamente

se seleccione la herramienta dependiendo del instrumento o instrucción donde se sitúe el

cursor.

143

Figura B.5 Paleta de Herramientas.

• Operate Value. Este botón se encuentra disponible y únicamente se puede activar en el

momento de la ejecución del programa y sirve para cambiar valores en los controles que

se están utilizando y no se tiene que detener el programa para cambiar algún valor.

• Position/Size/Select. Este botón se usa en el Diagrama de Bloques y en el Panel Frontal

para mover los objetos de posición o de tamaño y seleccionarlos.

• Edit Text. Con esta opción el cursor cambia para colocar texto en algún elemento en el

programa o poner títulos, principalmente se utiliza para colocar notas o comentarios en

el Diagrama de Bloques.

• Connect Wire. Es una herramienta para alambrar o unir un elemento con otro mediante

un cable conductor de información y así los datos de un elemento fluirán a través de

estos. Si el cable por alguna razón encuentran de color gris y de forma discontinua el

cable está roto o no está conectado y esto a su vez produce un error; por otro lado también

se produce este tipo de error si los datos son incompatibles o las terminales a su vez no

son las adecuadas.

• Object Shortcut Menu. Este botón despliega el menú contextual asociando a un elemento

y que se despliega también haciendo clic con el botón derecho.

144

• Scroll Window. Sirve para mover toda la pantalla es el mismo sistema como si moviéramos

las barras de desplazamiento laterales del programa.

• Set/Clear Breakpoint. Crea o borra un punto de ruptura en un elemento (función, VI,

estructura o cable). Cuando la ejecución del programa llega a ese punto se detiene.

• Probe Data. Es una especie de test en los cables. Esto es una ventana flotante que muestra

el valor que circula por el cable.

• Get Color. Ésta opción da el valor de un color.

• Set Color. Sirve para colorear un elemento. Se puede cambiar dos tipos posibles de

colores; el principal y el de fondo, y ambos pueden ser asignados de forma independiente.

Uno de estos está marcado por la letra T, es el que se trata del color transparente.

B.2.2 Menú de Controles.

Para seleccionar cada uno de los elementos que se quiere en el programa se usa el menú que

aparece en el Panel Frontal el cual es llamado menú de controles que sirven para interactuar

con el usuario.

El menú se divide en controles e indicadores, aunque generalmente se les llama controles

que se pueden llamar también entradas y los indicadores que se llaman salidas; estos a su vez

se dividen en menús clasificados según su estilo en submenús: Modern, System y Classic. Está

clasificación aún esta más dividida pues dentro de cada submenú se tiene submenús que se

van clasificando según el tipo de datos que se estén usando en el programa. Estos controles

se dividen a su vez según el tipo de datos que usen como son: Booleanos, numéricos, texto y

compuestos.

Para usar los controles; se selecciona el deseado y se coloca según se requiera en el Panel

Frontal (véase figura B.6).

Los indicadores pueden ser de varios tipos, siendo las más importantes la Waveform Chart

y Waveform Graph (figura B.7).

145

Figura B.6 Paleta de Gráficas.

Figura B.7 Waveform Graph/Chart.

B.2.3 Menú Funciones

Ésta paleta se muestra en el Diagrama de Bloques, y se tiene acceso a las diferentes fun-

ciones, subVIs y estructuras disponibles (For, While, If, case, etc.).

Al igual que en la paleta de control, en ésta también se tiene, por decir así, submenús, los

cuales sirven para separar según sus características y los datos que se manejen. El submenú que

146

más es utilizado es el de Programming (véase figura B.8). Éste submenú llamado Structures, el

cual contiene elementos que son equivalentes a las estructuras de programación más utilizadas

en la edición de lenguajes, como: bucles WHILE o FOR la estructura condicional CASE,

además de otras aplicaciones.

Figura B.8 Paleta de Funciones.

El submenú Programming contiene a su vez otros submenús, uno de los más importantes

es el submenú de Structures; además de esta existen otros igual de importantes que contienen

elementos que procesas diferentes tipos de datos y por esta razón son divididos también en

otros submenús entre los cuales se tiene datos numéricos, booleanos y texto; pero también se

tiene forma de funciones las cuales se puede decir que son genéricas para los tipos de datos

anteriores o complementos para la elaboración de un programa como lo son relojes de tiempo,

arreglos, gráficas, enlaces a impresoras u otras cosas [23].

147

B.3 Ingresar a LabVIEW.

Para ingresar y elaborar un programa en LabVIEW, se necesita dar clic en el icono de

LabVIEW, para que se muestre una pantalla, de la figura B.9. En la cual se observa que tiene

los menús de File, Edit, Tools y Help. Además de contener los submenús en donde se tiene,

New, Open, Configure y Help.

En el menú File; se observa el submenú de New, al cual dando clic automáticamente se

abre las ventanas de la figura B.1, para comenzar con un proyecto nuevo. Otra de las formas

del submenú New que se tiene a la derecha de la imagen, al dar clic directamente se obtiene las

mismas pantallas (Panel Frontal y Diagrama de Bloques), y al dar clic sobre la palomilla que

tiene este submenú, se observan otras aplicaciones para elaborar un Instrumento Virtual (VI).

Figura B.9 Ventana de Inicio LabVIEW.

148

B.4 Aplicaciones y Utilidades de LabVIEW.

LabVIEW contiene un gran ambiente de trabajo para muchas aplicaciones de la ingeniería

y la investigación en muchas de sus áreas, para explicar y hacer más comprensible el fun-

cionamiento de este software; se muestra a continuación un ejemplo de cómo sería la progra-

mación con bloques y a su vez mostraremos de forma superficial algunas de las funciones,

compuertas lógicas, utilidades y otras cosas que contiene este programa.

El ejemplo a elaborará para ésta explicación es de un semáforo de dos vías, los cuales tienen

tres lámparas cada uno, y la operación se tendrá que repetir varias veces, con lo cual se usarán

ciclos de programación.

Para comenzar, se inserta el bloque del ciclo WHILE, el cual se encuentra en la paleta

de funciones, dando clic en View y seleccionando el submenú de Functions Palette (véase

figura B.10), del cual se desprenderá una paleta en la cual encontraran muchas de las funciones

y utilidades de ésta paleta, se selecciona la etiqueta de Programming y de ésta etiqueta se

selecciona la opción de Structures, de ésta sub etiqueta se encuentra con una serie de ciclos,

estructuras entre otros, como While Loop, For Loop, Structure Case, etcétera; de los cuales se

usa el Ciclo For y el Ciclo While, estos los anclaremos en el diagrama de bloques, en el orden

en que se utilizarán para la funcionalidad del sistema, por lo tanto el ciclo For estará dentro del

ciclo While según la lógica del ejemplo (véase figura B.11).

Con esto ya se tiene un 40% del programa, ahora se continua por añadir algunas compuertas

lógicas las cuales nos servirán para el análisis de encendido de las lámparas del semáforo y se

añadirán LEDs que representarán las lámparas de los semáforos. Para insertar en el diagrama

de bloques las compuertas de carácter booleano, se extraen de la paleta de funciones, en la

cual se selecciona nuevamente la etiqueta Programming y después se da clic en la opción de

Boolean de la cual se desprenderá una venta donde se encuentran varias compuertas conocidas

como: AND, OR, NOT y algunas más (véase figura B.12). Para agregar los LEDs que servirán

como lámparas para el sistema, se traslada al Panal Frontal, para que desde esta pantalla se

añaden este tipo de elementos y otros que no se pueden añadir desde el diagrama de bloques;

para añadir los LEDs se usa la paleta de funciones de esta ventana, para que se muestres esta

149

Figura B.10 Paleta de Funciones.

Figura B.11 Ciclos For y While.

paleta, usando el mismo procedimiento que se utilizó en la paleta de funciones del diagrama

de bloques, de la venta resultante se selecciona la etiqueta de Express la cual muestra varias

150

opciones y entre estas se encuentran con “LEDs” la cual se selecciona y aparece los tipos de

LEDs que se tienen disponibles para el sistema, se selecciona y se inserta en el panel frontal y

desde ahí se pueden copiar los demás LEDs o repetir la misma operación para cada uno de los

que se vayan a utilizar (véase figura B.13).

Figura B.12 Funciones Booleanas.

Al insertar el LED en el Panel Frontal, aparecerá su equivalente en el Diagrama de Bloques

en un cuadro con sus entradas (véase figura B.14). En el momento que se desee puede cambiar

el nombre de los elementos, al mismo tiempo puede darle formato a dichos nombres.

Sabiendo que en las ciudades se pueden encontrar semáforos que dejan de funcionar y otros

que siguen funcionando, esto es según que tanto son traficadas las vías. Por esta misma razón

se debe añadir un paro o un switch para apagar el semáforo en un momento deseado. De la

151

Figura B.13 Elementos en Panel Frontal.

Figura B.14 Todos los Elementos sin Hilar.

misma etiqueta de la que se obtuvieron los LEDs, se encuentran también la opción de Buttons;

la cual muestra una variedad de switches y botones de la cual se elige uno para nuestro sistema;

este botón tiene que ser añadido en el panel frontal para que aparezca de la misma forma en

la que aparecieron los LEDs, para así detener el programa en el momento deseado, después de

152

que ya halla conectado con alambre el botón con el dispositivo de paro del Ciclo While para

detener todo el proceso (véase figura B.15).

Figura B.15 Obtención de un Botón.

Se conectó cada uno con los elementos y operadores que se han elegido para el fun-

cionamiento del sistema. De la figura B.5 (Paleta de Herramientas) se selecciona la forma

automática para que al colocar el cursor en las salidas de los elementos y esperar a que aparezca

un carrete de hilo como cursor de esta forma hilar cada elemento según sea la lógica del pro-

grama. Otra forma de hilar es dejando deshabilitada la forma automática de la herramienta y

seleccionar el carrete de hilo y seguir el mismo procedimiento de hilado.

Se añade también una constante al Ciclo For para hacer que la secuencia de los semáforos

se repita varias veces. En el interior se añaden otras constantes para darle valores iniciales a los

semáforos, las cuales serán de tiempo para cada una de las lámparas; para hacer una función

en el tiempo se añade un reloj al Ciclo For para que el sistema se guié. Al terminar de hilar dar

valores (véase figura B.16).

Para la ejecución del sistema, se puede correr desde el mismo Diagrama de Bloques o

también desde el Panel Frontal; la diferencia de estas dos forma de ejecutar el programa son:

• Ejecución en Panel Frontal, se ve cómo realmente funcionan las lámparas de los semá-

foros, pero no se observa si el programa tiene algún error y no se podrá saber con exac-

titud donde fue que quedo. En esta pantalla se hace presente el instrumento virtual y es

la presentación que se le da al usuario. Para correr el programa se puede de dos formas,

153

Figura B.16 Diagrama Listo para la Ejecución.

una cíclica y una de un solo ciclo a la vez; esto con los botones del inciso a) de la figura

B.2.

• Ejecución en Diagrama de Bloques, en esta ventana se puede ver como corre el programa

paso a paso si se desea correrlo normalmente como si ya estuviera listo y poder ver cuáles

son los procesos que se realizan y verificar si son los que concuerdan con la lógica que

se propuso. Para correr en el Diagrama de Bloques es la misma forma que se corrió en

el Panel Frontal.

154

B.5 Fuzzy Logic Controller Design

Esta tesis estará orientada principalmente a esta librería o herramienta que tiene LabVIEW

para el diseño y análisis de sistemas difusos, que es Fuzzy Logic Controller Design (FLCD).

B.5.1 Forma de ingresar a FLCD

Para ingresar a la herramienta de FLCD, se debe abrir primeramente la pantalla de inicio

de LabVIEW; teniendo ésta pantalla, continuamos con la barra de menús y seleccionando la

opción de Tools (Herramientas), la cual desplegará un submenú y algunas opciones entre estas

se encuentra la opción de FLCD (véase figura B.17).

Figura B.17 Ventana de inicio para ingresar a FLCD.

Después de esto se tiene una nueva venta (véase figura B.18) en la cual se selecciona la

opción File (Archivo), se abrirá un submenú; para poder ver las opciones de New (nuevo)

y Open (abrir), la opción de Open, da como resultado una la lista de trabajos previamente

guardados y elaborados, para comenzar a utilizar el FLCD, selecciona la opción de New.

Después de que se tiene en pantalla la ventana (véase figura B.19) que se obtuvo al elegir la

opción de New, es representación de todas los datos que se necesitan para la elaboración de la

lógica difusa, en la cual se observa: el nombre de la entrada, los diferentes rangos de datos de

la variable seleccionada, los datos que se muestran según el rango del Universo del Discurso;

155

Figura B.18 Ventana Principal del FLCD.

pues en resumen en esta pantalla se da de alta todos los parámetros de las variables de entrada

y las variables de salida, y se modifican según las especificaciones del cliente o del diseñador.

Con esta pantalla se les da el nombre a cada una de las variables de entrada y de salida; y las

etiquetas que estas posean.

Figura B.19 Ventana del Editor de Datos del FLCD.

En la figura B.19, en el punto número 1, se observa una etiqueta en la cual se puede cambiar

el nombre de cada una de las entradas del sistema al igual que se puede agregar también otras

más, según se requiera para el sistema; en el punto número 2, se tiene las etiquetas de cada una

156

de las entradas, se puede cambiar el nombre de estas etiquetas y agregar otras. Lo anterior es la

explicación de cómo ver y manejar las entradas, pero como todo sistema, debe tener una salida

la cual será el resultado del sistema y para esto se continua con el siguiente punto. En el punto

número 3 se observa un botón en donde al darle clic, la etiqueta del punto 1, cambia y se observa

que cambio al nombre de la salida, también se puede colocar el nombre correspondiente y el

nombre de sus etiquetas de variables, igual que en los puntos 1 y 2. En el número 4 se observa

gráficamente el contenido de las entradas y salidas; sus etiquetas cómo están dispersadas en

el universo del discurso y se ven que posiciones tiene el dominio. En el punto número 5, se

observan unas barras que servirán para mover a conveniencia tanto la forma como la posición

y el tamaño de la etiqueta. En los números 6 y 7, son botones, los cuales al dar clic sobre

estos despliegan submenús (véase figura B.20); en el punto 6, se tienen especificaciones (véase

figura B.20 (a)), en donde se encuentra la forma para cambiar el nombre a las variables y a los

términos o etiquetas del sistema; éste mismo contiene al submenú para colar el rango necesario

para la variable de entrada o de salida de los datos. En el punto número 7 (véase figura B.20

(b)) se observa un menú en el cual se puede añadir o quitar tanto variables de entrada como de

salida y también cada uno de los términos de cada variable.

Figura B.20 Menús a) Especificaciones I/O b) Añadir y eliminar variables y términos de I/O.

Ahí varios tipos de etiquetas como se muestran en la figura 2.7 del capítulo 2, con el menú

que se muestra en la figura B.21 del cual se obtiene dando clic sobre el botón del punto número

8, aquí se puede cambiar una o todas las formas de etiquetas, con muchas de las características

que se pueden modificar según se requiera para el sistema.

Con la anterior se tiene las bases completas para comenzar a utilizar el FLCD.

157

Figura B.21 Menú Edit.

Cuando ya se tiene el análisis de lo que se requiere en el sistema, se sigue con la declaración

de las reglas; para esto se debe cerrar la ventana que se tiene abierta, se guarda el proyecto con

su nombre y con la extensión de “.flc”, para cerrarlos se cuenta, con en el punto número 9 el

botón de “Quit”(véase la figura B.19), que ayuda a salir del editor. En el punto número 10,

se cuenta con la ayuda, la cual brinda ayuda en la edición de un sistema con temas sobre el

problema o con tutoriales.

Para declarar las reglas del sistema, se debe abrir el editor de estas para editarlas según los

intereses del programador(véase figura B.22), en donde se observa. Las entradas están dadas en

una columna la cual es divida por entrada 1 y entrada 2 (in1 y in2), las cuales por el operador

que se le asigne (IF o OR), dan como resultado (THEN) una salida que según la lógica que

se hizo; antes se coloca el resultado de la columna de THEN, y así se formulan las reglas del

sistema, que son condiciones para que este funcione. No se tienen que guardar, sólo presionado

el botón de “Quit”.

Con lo anterior se puede decir que la lógica y el proceso difuso del sistema están termina-

dos, ahora al cerrar la ventana de la figura B.22, se abre la ventana para probar, los valores de

entrada y se observa cual es la salida (véase figura B.23). La ventana que se obtiene cerrando

la imagen anterior, se selecciona el menú TEST, y se da clic a la única opción que se encuentra

en éste.

158

Figura B.22 Editor de reglas.

Figura B.23 Ventana de pruebas (Características de entrada/salida).

Para ver cómo funciona, se pueden colocar datos, los cuales ya se hizo el cálculo necesario

y se obtuvo un resultado matemáticamente, con el sistema sólo se comprueba los resultados

que se obtengan en la ventana de la figura B.23 se comparan con el resultado del calculo. Pero

sólo se coloca el dato en la entrada y salida. En la cuadricula de la imagen se verá cómo se

relacionan las entradas y salidas según los datos y la lógica que se utilizó en el planteamiento

del sistema y en la barra de salida (OUT), donde se muestra el valor de la salida, llenando con

rojo la cantidad y colocando con un numero en la parte inferior de esta barra.

159

Apéndice C: NI USB DAQ 6009

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163

Apéndice D: Sensor HIH4010

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Apéndice E: Presupuesto de Prototipo

Tabla E.1 Presupuesto de la Incubadora.

Artículos N de piezas Precio $ Total $

Pijas para madera 80 10.00 10.00

Visagras 3 6.00 (c/u) 18.00

Arandelas 2 1.00 (c/u) 2.00

Madera de melanina 1 de (2.40*1.20m) el tramo 350.00 350.00

Grapas 5 cartuchos 25 grapas (c/u) 8.00(c/u) 40.00

Clavos 50 5.00 5.00

Vidrio 2 de (30*30) 15.00 (c/u) 30.00

Tubo de silicón 1 27.00 27.00

Candado 1 25.00 25.00

Porta vasos 2 20.00 (c/u) 40.00

Fomi 3 tamaño carta 2.00 (c/u) 6.00

Gomas 4 2.00 (c/u) 8.00

Soket para lámparas 4 10.00 (c/u) 40.00

Cinta de aislar 1 15.00 15.00

Imanes para puerta 3 tiras 3.00 (c/u) 9.00

Tela de mosquitero 1 de (1m) 10.00 10.00

Cinta industrial 3 de (20m) 25.00 (c/u) 75.00

Forro térmico 1 de (2m) 250.00 250.00

Lámparas 4 25.00(c/u) 100.00

Ventiladores chicos 3 48.00(c/u) 144.00

168

Tabla E.2 Presupuesto de la Incubadora (continuación).

Ventilador grande 2 75.00(c/u) 150.00

Cable N 14 1 de (3m) 15.00 15.00

Cable UTP 1 de (4m) 40.00 40.00

Caimanes 1 paquete con 10 20.00 20.00

Baquelita 2 de (15*15cm) 22.00 (c/u) 44.00

Sensores de temperatura 2 25.00(c/u) 50.00

Sensores de humedad 2 120.00(c/u) 240.00

Tip 41c 1 30.00 30.00

Tip 31c 2 30.00(c/u) 60.00

Tip 35c 2 38.00(c/u) 76.00

Resistencias 1k 3 1.00 (c/u) 3.00

Resistencias de 390Ω 3 1.00 (c/u) 3.00

Disipadores 2 12.00 (c/u) 24.00

Amplificadores UA741 3 6.00 (c/u) 18.00

Bases para circuitos 3 8.00 (c/u) 24.00

Terminales con tornillo 9 2.00 (c/u) 18.00

Potenciómetro 2 5.00 (c/u) 10.00

Fuentes de 15 V 2 500.00 (c/u) 1,000.00

Fuente de 12V 1 425.00 425.00

Tarjeta (DAQ) 1 4,800.00 4,800.00

Pc 1 5,000.00 5,000.00

Total 13,254

169

Referencias

[1] Ing. Juan Carlos Gómez,“Fuzzy Control”, http ://www.edutecne.utn.edu.ar/fuzzycontrol/UTN − FCONTR.pdf , pp. 2, 2008.

[2] Art 23/Agosto/2010 http : //es.wikipedia.org/wiki/Electronicadecontrol

[3] Art 28/Agosto/2010 http : //es.wikipedia.org/wiki/Sistemadecontrol

[4] J. A. Santacruz, Tesis: “Reducción de Daños a Cultivos Mediante Control Difuso deHumedad y Temperatura Usando LabVIEW”. Zacatecas, Zac. México, 2010.

[5] A. Betancourt, A. García Tesis: “Simulación de Prácticas de Laboratorio del Electro-magnetismo en LabVIEW”. Zacatecas, Zac. México, 2009.

[6] M. A. Escareño, J. R. Trujillo Tesis: “Control de Iluminación con Lógica Difusa paraAhorro de Energía con PLC’s”. Zacatecas, Zac. México, 2009.

[7] Iván Escalona M., “Ingeniería Industrial-Instrumentación y Control” 19/Sep/2010. http ://www.monografias.com/trabajos14/termoins/termoins.shtmlT IPOS

[8] I. Zaragoza, Y. Gómez y otros Memorias: “Diseño y Construcción de un Prototipo deIncubadora Controlada por Logica Difusa”. México, DF 2001.

[9] Los Autores 2001, Instrumentación virtual: adquisición, procesado y análisis de señales,Primera edición, Barcelona: Ediciones de la Universidad Politécnica de Catalunya SL,2001.

[10] Art 23/Sep/2010. http : //www.mitecnologico.com/Main/SensoresDeTemperatura

[11] Art 28/Septiembre/2010. http : //www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Thermistor

[12] Art 25/Septiembre/2010. http : //es.wikipedia.org/wiki/RTD 25/Septiembre/2010

[13] Art 17/Sep/2010. http : //catarina.udlap.mx/udla/tales/documentos/lmt/ramirezro/capitulo3.pdf

[14] Art 18/Sep/2010. http : //www.tdr.cesca.es/TESISUPC/AV AILABLE/TDX −0207105− 105056//04Rpp04de11.pdf

170

[15] Art 22/Septiembre/2010. http : //members.tripod.com/jesusalfonsolopez/FuzzyIntro.html

[16] Art 14/Noviembre/2010. http : //www.fiem.it/es/incubacion − consejos − de −fiem− .html

[17] Art14/Noviembre/2010. http : //www.gastronomiaycia.com/2009/05/15/produccion−avicola− industrial/

[18] Art 9/Mayo/2011. http : //www.sagan−gea.org/hojaredAGUA/paginas/10agua.html

[19] Art Guillermo Morales Luna 17/Febrero/2002. delta.cs.cinvestav.mx/ gmorales/ldifll/node1.html.

[20] Art 6/Marzo/2011. http : //es.wikipedia.org/wiki/Lgicadifusa.

[21] Tesis 28/Febrero/2011. http : //www.tdr.cesca.es/TESISUPC/AV AILABLE/TDX−0207105− 105056//04Rpp04de11.pdf

[22] Foro 23/Septiembre/2009. http : //www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic =4958.20.

[23] J.R. LAJERA Viscaìno,J.PELEGRI Sebastiá 2001, Instrumentación virtual: adquisición,procesado y análisis de señales, Primera edición, Barcelona: Ediciones de la UniversidadPolitécnica de Catalunya SL, 2001.

[24] Data sheet National Instruments 5 Mayo 2011. http ://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/es/nid/14681top

[25] Data sheet National Instruments 30 Mayo 2011 http ://www.tau.ac.il/ electro/pdf_files/computer/ni_6008_ADC_manual.pdf