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martes 25 de septiembre del 2018
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Estacionamientos Públicos Automatizados

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INTRODUCCIÓN

Hoy en día el avance tecnológico se ha desarrollado de manera exponencial, tanto que ha facilitado tareas que antes se veían imposible. La ventaja que se tiene trae consecuencias consigo, la urbanización y crecimiento en zonas que no toleran el incremento masivo llega afectar el rendimiento poblacional.

Un factor económico es el empleo de personas en departamentos de trabajo determinado, esta concentración de personas, no uniformemente, es propietario de un vehículo que buscará un lugar donde aparcar. Según un estudio realizado y de acuerdo a los datos recabados del Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI), de 2015 a 2016 se sumaron 14 mil 127 unidades al parque vehicular que circula en carreteras y ciudades de Oaxaca, lo que significa que 38 vehículos salen a circulación al día en todo territorio estatal. Durante el 2016, 527 mil 466 automóviles circularon en el estado de Oaxaca, lo que representa un aumento del 2.7% respecto al 2015, cuando se tenía un inventario de 513 mil 330 vehículos.

El propósito principal de este trabajo es mostrar cuatro maneras de poder automatizar estacionamientos públicos para poder ofrecer a la población un mejor manejo de su tiempo. Las opciones planteadas se describirán por secciones y ofrecerán sus propias ventajas pudiendo comparar con las restantes sus desventajas en el posible empleo.

DESARROLLO I. Arduino a) Tecnología RFID para la comunicación con Arduino

La tecnología RFID tiene muchas y distintas aplicaciones hoy en día, una de las principales aplicaciones que esta tecnología tiene, es la de identificación y control de accesos a distintos sistemas. Se busca que mediante la propuesta de elaboración de un prototipo de sistema de aparcado para que de esa manera de pueda comprender el comportamiento y funcionamiento de las tarjetas RFID.

La tecnología RFID se constituye como uno delos sistemas de identificación automática más empleados en todo el mundo actual. Según dice Herreraetal (2009) las tarjetas RFID tienen un campo de aplicación muy similar al de los códigos de barras. Debido a la gran explotación que se ha hecho de esta tecnología (RFID), en algunos sectores de aplicación se ha sustituido el uso de lectura de código de barras por el uso de tarjetas RFID.

Algunas de las ventajas de utilizar sistemas de identificación por radiofrecuencia son la mayor capacidad de almacenar información y de tratar a cada objeto, individuo o producto como único.

Dentro de RFID se encuentran partes denominadas etiquetas o tags, que son las encargadas de enviar la información almacenada dentro de ellas, esta información se envía a través de las ondas de radiofrecuencia; las etiquetas o tags pueden adherirse a alguna persona, animal o cualquier objeto.

b) Comunicación entre Arduino y RFID

Para establecer la comunicación entre Arduino y RFID, se propone utilizar el lector RFID-RC522. Es necesario conocer las características de este lector y sus funcionalidades antes de ponerlo en práctica.

El lector RFID-RC522 se controla a través del protocolo SPI o de un puerto UART, esto permite que se pueda establecer la comunicación con casi cualquier microcontrolador y con Arduino. Este lector utiliza una modulación compatible con dispositivos pasivos de 13.56 MHz. Las tarjetas RFID con las que cuenta el lector tienen 64 bloques de memoria, cada uno de estos bloques cuenta con 16 bytes de memoria; en estos bloques es donde se realiza la lectura y la escritura de datos a través de la radiofrecuencia. Además de los bloques de escritura, las tarjetas RFID cuentan con un número de serie que consta de 5 dígitos en valores hexadecimales.

Para iniciar la comunicación entre Arduino y el lector RFID-RC522 tendremos que abrir el IDE de Arduino y allí declarar la librería SPI.h para poder llevar a cabo el protocolo de comunicación SPI, también habrá que declarar la librería MFRC522.h la cual contiene las características y funciones específicas con las que debe cumplir el lector; una vez declaradas las librerías, tendremos que inicializar el puerto serial a 9600 baudios, después el RFID y por último el SPI. Una vez terminados estos paso, lo único que restaría seria elaborar la programación adecuada para el control de nuestro estacionamiento, elaborar las condiciones de aparcamiento, etc. esto se hará una vez que se haya comprobado la efectividad y rentabilidad de usar Arduino como sistema de control en comparación con otros sistemas.

II. PLC a) ¿Qué es PLC?

Los PLC o Controladores Lógicos Programables son dispositivos electrónicos utilizados mayormente para control y automatización industrial. Un PLC se encarga de controlar los procedimientos lógicos para el funcionamiento y aplicación de la maquinaria industrial; esto lo hacen mediante el uso de sensores e instrumentos de control, de los cuales el PLC recibe lecturas de datos con los que se condicionan las acciones a realizar, además de la continuación de secuencias de procedimientos establecidos.

Los PLC’s se encuentran normalmente en las industrias y mayormente en las que los procesos de producción han sido automatizados.

Las principales características de los PLC’s que Logicbus ofrece son:

  • Fácil de usar y potentes conjuntos de instrucciones.
  • Driver de comunicación abierto.
  • Entorno operativo de fácil uso y gratuito.
  • Tecnología del núcleo SoC.
  • Potentes funciones de comunicación.
b) Panel de acceso a datos y lector de tarjetas RFID para PLC serie FBs

Características:

  • Pantalla LCD con luz de fondo de 16 caracteres y 2 líneas.
  • Para acceso a temporizadores, contadores, registros, relevadores.
  • Lee y escribe a tarjetas RFID.
  • Comunicación RS-485.
  • Alimentación de 24Vdc.
  • Hasta 16 paneles de acceso en una red RS-485.
c) Accesorios Requeridos en el PLC para la comunicación con FBs-DAP

Puede utilizarse una de las siguientes tarjetas o módulos de comunicación:

  • FBs-CB5 -- Tarjeta de comunicación con 1 puerto RS-485 (Puerto 2)
  • FBs-CM55 -- Modulo de comunicación con 2 puertos RS-485 (Puerto 3 y 4)
d) Ejemplo de aplicación en un control de acceso a estacionamiento con varios FBs-DAP conectados en una RED RS-485 y tarjetas RFID

Los PLC’s de la serie FBs, cuentan con la función de control PID; dicha función se encarga de comparar las lecturas de entradas de datos con los valores que han sido predefinidos en la programación del PLC. El control PID cuenta con 3 parámetros de control: el proporcional, el integral y el derivativo.

Todos los parámetros se encargan de monitorear los errores, solo que en distintos tiempos. El proporcional se encarga de monitorear el/los error(es) actual(es), el integral de los errores pasados y el derivativo se encarga de la predicción de errores futuros

La base del sistema de control PID es la retroalimentación de estos tres parámetros para poder establecer algoritmos de corrección y prevención para la optimización de los sistemas automatizados.

III. DAQ a) LabVIEW y DAQ

Una de las herramientas muy útiles que se tienen hoy en día es: LabVIEW, este software de programación cuenta con muchas funciones, entre las cuales, una de las más destacadas es la creación de aplicaciones de instrumentación virtual capaces de establecer comunicación con las tarjetas DAQ.

La tarjetas DAQ realizan lecturas de datos a través de hardware único y específico para cada DAQ, estas tarjetas tienes funciones como la conversión de datos analógico/digital, entre otras más. Cabe destacar que National Instruments (creador de LabVIEW), también crea dispositivos DAQ, al utilizar las tarjetas DAQ elaboradas por NI podemos obtener muchas ventajas a la hora de entablar la comunicación con LabVIEW.

b) Adquisición de datos

La adquisición de datos se realiza con motivo de hacer lectura de datos sobre fenómenos físicos como lo son el voltaje o la corriente, siendo estos los más frecuentes. Para la adquisición de datos a través de LabVIEW es necesario hacer uso de una computadora (PC), y para elaborarla de manera adecuada es necesario hacer uso de módulos de adaptación de señales eléctricas y mediante esa forma, transformar dichos datos obtenidos en su mayoría por sensores o módulos lectores.

  • Así que la adquisición de datos es el proceso de:
  • Adquirir señales de fenómenos del mundo real
  • Digitalizando las señales
  • Analizar, presentar y guardar los datos

La señal de entrada debe ser acondicionada a niveles de lectura adecuados al módulo de conversión análoga-digital para evitar daños al equipo que realizara el proceso de control (en este caso será la PC). Una vez que se ha realizado la adaptación de la señal y su respectiva transformación a digital, se envían a través del bus de comunicación de la PC.

c) Software de controlador

El software del controlador es la capa de software para comunicarse fácilmente con el hardware. Este tipo de software tiene la funcionalidad de establecerse como mediador de la comunicación entre el software de la aplicación y el hardware.

Otra de las funciones del software de controlador es la de hacer la programación de los sistemas de control mucho más sencilla para el programador, ya que ejecuta un lenguaje de programación de alto nivel, esto para evitar el uso de lenguajes de programación mucho más complejos.

Software del controlador de National Instruments:

  • NI-DAQmx
  • Base NI-DAQmx

El DAQ Assistant, incluido con NI-DAQmx, es una guía gráfica e interactiva para configurar, prueba y adquisición de datos de medición. Con un solo clic, incluso puedes generar código en función de su configuración, lo que facilita y agiliza el desarrollo de operaciones complejas. Debido a que el DAQ Assistant está completamente guiado por menús, usted hará menos errores de programación y reduzca drásticamente el tiempo desde la configuración de su sistema DAQ hasta la toma de su primera medición. NI-DAQmx Base ofrece un subconjunto de la funcionalidad NI-DAQmx en Windows y Linux, Mac OS X, Windows Mobile y Windows CE.

IV. RFID a) ¿Qué es RFID?

RFID o Identificación por Radiofrecuencia por sus siglas en español, es la tecnología que se encarga de la trasferencia y recepción de datos entre un elemento transmisor-receptor (por medio de ondas de radiofrecuencia) y un elemento transmisor. El primero envía las ondas de radiofrecuencia y también los recibe una vez que el segundo elemento capta la onda de radiofrecuencia y envía la información almacenada dentro de él.

La información transmitida por medio de las ondas de radiofrecuencia es recibida y categorizada a través de distintos protocolos de clasificación, seguimiento o alguna otra manera de clasificar.

Una de las ventajas más grandes con las que cuenta la tecnología RFID es que para llevar a cabo la transferencia de datos, no es necesario el contacto físico entre los elementos de transferencia de datos.

Un sistema de comunicación RFID cuenta mínimamente por un dispositivo de adquisición de datos, que será el encargado de transmitir las ondas de radiofrecuencia hacia el transponder o tag, el cual, al recibir la onda enviara la información almacenada dentro de ella al receptor, además para este proyecto, deberá utilizarse una PC para realizar el control del sistema.

b) FPGA

Uno de los dispositivos electrónicos muy utilizados hoy en día son las tarjetas FPGA, esta tarjeta integra bloques lógicos, os cuales están comunicados por conexiones que pueden ser programadas. Las tarjetas FPGA son descritos por medio del uso del lenguaje de descripción VHDL, este lenguaje describe, modela y diseña distintos sistemas digitales de hardware, placas de circuitos y distintos componentes que se utilizan para el desarrollo de sistemas controlados por FPGA.

Los FPGA’s no se programan como se hace con los microcontroladores o microprocesadores, estos se describen. Al hablar de descripción, nos referimos a hacerlo acerca de las conexiones que se deben realizar en la tarjeta FPGA. El hecho de que este tipo de tarjetas no sean programables, no significa que las alternativas de uso se nos limiten a únicamente describir conexiones, también podemos contar con la función de implementar un microprocesador a la FPGA de forma externa, para que de esa forma podamos ampliar en gran manera las funcionalidades de nuestra tarjeta FPGA.

El sistema está constituido por un par de dispositivos de adquisición de radiofrecuencia, una FPGA, un juego de etiquetas y tarjetas pasivas de identificación.

Mediante una interfaz gráfica de usuario es posible controlar todo movimiento dentro de una zona determinada, desde los accesos hasta la disponibilidad de equipo; utilizando los dispositivos de adquisición de radiofrecuencia se puede acceder a la información de los usuarios autorizados, así como al control del equipo.

Para poder diseñar un sistema de control para distintas aplicaciones requiere de altos conocimientos en el lenguaje de descripción a utilizar, cabe destacar que es necesario ser un descriptor experto para poder hacer uso de este lenguaje y desarrollar aplicaciones como la del sistema de aparcado controlado por identificación de radiofrecuencia. Aun siendo un experto descriptor tomaría años poder elaborar este sistema, por ello, esta alternativa quedo descartada para este proyecto.

CONCLUSIONES

Para poder manejar el tiempo de manera más precisa y reducir el estrés que se vive día con día en las ciudades con alto número de personal ejecutivo, es importante el poder tener un servicio el cual cuente con seguridad y confianza de estacionar sus automóviles sin la tediosa rutina de buscar un espacio libre por un tiempo indeterminado. Por tal motivo a través de este trabajo se pretende dar a conocer cuatro tipos de tecnología que permitan ofrecer alternativas para ayudar a cubrir esta necesidad. Estas tecnologías son fáciles de implementar a un costo accesible.

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