Hidrolagun

HIDROLAGUN

1. INTRODUCCIÓN

   Se ha creado un submarino no tripulado, el cual mediante radiofrecuencia  puede ser controlado desde la superficie. Este consta de 4 bombas de succión y expulsión que conectadas en serie con unas electroválvulas son las encargadas del llenado y vaciado de los tanques del submarino, lo que permitirá que éste se sumerja y emerja. Todo la lógica del submarino reside en el circuito integrado de Atmel, el ATmega328P. Este se encarga de gestionar tanto las entradas (como pueden ser los sensores que se encuentran en los propios tanques y con los que conocemos hasta qué punto se encuentran llenos los tanques) como las salidas (ya sean electroválvulas, bombas, motores...).

1.TECNOLOGIA DEL HIDROLAGUN

   Para la realización del proyecto del submarino hemos utilizado acero S 275 JR. Hemos seleccionado este tipo de acero porque sus propiedades nos parecen adecuadas para que el submarino tenga una resistencia adecuada y pueda hacer frente a la presión ejercida por el agua.
Nuestro submarino tiene unas dimensiones de 1750mm de largo, 600 mm de ancho y 475 mm de alto.
Para realizar la estructura, la hemos separado en tres partes, el cuerpo, los conos y la escotilla.
El cuerpo es de forma elíptica de 1200mm de largo, en su parte inferior y 600mm de largo en su parte superior, debido a que los extremos tienen  un ángulo de 42 grados.  Está dividido en horizontal por la mitad, al hacer esto, creamos el tanque de agua que nos permite sumergir el submarino, el cual está dividido en dos, para que nos permita llenar más un tanque que el otro para buscar un equilibrio. En la parte superior del cuerpo colocaremos  las bombas de agua, electroválvulas, baterías, sensores de nivel y la placa electrónica que controlará todo el funcionamiento del submarino.
La escotilla está en la parte superior del cuerpo, consta de una tapa que está atornillada a la base y esta está soldada al cuerpo del submarino  para que en caso de fallo de las bombas, electroválvulas, baterías o de la placa electrónica tengamos un acceso más sencillo para localizar el fallo. Para poder abrir y cerrar la escotilla sin el problema de que el agua entre dentro del submarino, hemos colocado unas gomas de estanqueidad.
Los conos tienen unos “caps” a los extremos para que sea más hidrodinámico. Dentro del cono de popa tenemos el motor de propulsión y el servomotor de dirección.
Los caps se encargaron una empresa local dedicada a la construcción naval.

 2. FASES DEL PROYECTO

El desarrollo del proyecto se ha realizado mediante diferentes fases. Cada una de ellas se ha planificado previamente, dividiéndola en tareas y subtareas. A continuación se expone esquemáticamente cada una de las fases para desarrollarlas posteriormente.

• Planificación del proyecto y organización de los integrantes.
• Análisis de alternativas.
• Estudio y análisis de la tecnología utilizada.
• Toma de decisiones.
• Diseño  del submarino.
• Selección del material
• Dibujar los planos
• Definir las operaciones de construcción (hojas de procesos).
• Definición del esquema general.
• Desarrollo de la programación.
• Simulación del circuito.
• Acopio de material.
• Pruebas.
• Cableado.
• Diseño y fabricación de la PCB.
• Diseño de la PCB.
• Fabricación de la PCB.
• Construcción del prototipo.
• Puesta en marcha.
• Comprobaciones y ajustes finales.

3. DESARROLLO DEL PROYECTO


El submarino, en su parte central, está dividido en horizontal en dos por una bandeja. En su parte superior están colocados los componentes eléctricos, bombas, electroválvulas y demás…
La parte inferior de esa bandeja, está dividida a su vez en dos, verticalmente. Estos dos compartimentos estancos, son los depósitos de agua que llenandolos de agua y vaciándolos harán que el submarino ascienda o descienda.
Cada compartimento tiene seis agujeros. Esos agujeros son para las mangueras que llenarán y vaciaran los depósitos de agua, mediante dos bombas y dos electroválvulas. Tanto las bombas como las electroválvulas, quedan en la parte superior de la bandeja .
Las mangueras llegan desde la parte inferior del submarino, atraviesan la bandeja del depósito, se conectan con las bombas y las electroválvulas y vuelven a atravesar la bandeja.
Cada bomba de agua trabaja en un solo sentido, es decir, una bomba trabaja para rellenar los depósitos, y la otra para vaciarlos.
Cada bomba está conectada a una electroválvula que abre y cierra el paso al agua, para poder controlar tanto el vaciado como el llenado del depósito.
Los depósitos son estancos, no purgan el aire, por lo que los depósitos no pueden llenarse en su totalidad, debido al volumen de  aire que hay en el interior y a la presión que ejerce.
La razón de que tenga dos depósitos en para regular el ascenso y el descenso del submarino, procurando llevarlo compensados, ya que debido a que tanto la dirección como la propulsión del submarino están en un lado, ese lado tiene más lastre y se debe compensar, llenado más el depósito contrario.
Desde un comienzo se pensó en dividir la parte electrónica del proyecto Hidrolagun en tres fases.
La parte de radiofrecuencia que se encarga de enviar valores legibles por arduino, para en base a ellos ordenar, o no, la activación de los distintos componentes del submarino.
La parte del microcontrolador, que se encarga de gestionar las señales de entrada y salida para activar los demás componentes del submarino.
Por último los sensores. Son los elementos que le devuelven datos al microcontrolador de Arduino, en este caso, el nivel de llenado de los tanques.


4. PROGRAMACION

    A continuación se adjunta el diagrama de flujo de la programación del Hidrolagun . En el que se puede apreciar las distintas transiciones entre funciones, así como, todos los procesos del programa.
El programa está desarrollado de tal manera que reciba unos valores en cada canal, y al modificar esos valores moviendo los joysticks del mando radiocontrol, se ejecuten distintas funciones.
En la función del motor de propulsión, al variar los valores del canal, varía tanto la velocidad como el sentido de giro del motor.
Por otra parte, en la función del motor de gobierno, al variar los valores del canal, varía el ángulo del servomotor encargado del movimiento de la lema y asu vez este, del movimiento lateral.
Por último en la función de las bombas y electroválvulas, es decir la función encargada de la inmersión y de la emersión del submarino, al variar los valores del canal, se cumplen ciertas condiciones estipuladas en el programa y a su vez hace que el programa ejecute otras funciones. Dichas funciones, son las que establecen las posiciones predefinidas para la inmersión del submarino.
Nuestro submarino dispone de 10 posiciones de inmersión, siendo la posición 1 la de flote en superficie y la posición 10 la de máxima profundidad. Dichas posiciones las definen los sensores de los tanques que nos indican qué cantidad de agua hay en los tanques en todo momento.
Una vez que el programa ha entrado en las funciones de posición, a final de cada una de esas funciones hay una llamada a otra función llamada posicionar que automáticamente fija esa posición.

5.SIMULACION DE LAS PCB´s

    En esta fase se carga el programa anteriormente explicado en el ATmega virtual que nos ofrece el software de Proteus llamado ISIS, y así se ha podido comprobar el correcto funcionamiento del circuito.
Este software es de gran utilidad para la realización de este proyecto, ya que haciendo la simulación, se da un gran paso ante la fabricación posterior, depurando los posibles fallos que puedan surgir.
En la simulación bastaría con con colocar un voltímetro y un amperímetro para obtener una serie de datos relativamente cercanos a la realidad.
En nuestro caso decidimos desarrollar tres placas diferentes para cada función. De esa idea logramos sacar una placa de control, una para el motor de propulsión y otra para las bombas y electroválvulas

Control.

 En esta placa va integrado todos lo elementos de control como el circuito integrado ATmega328p y todos los componentes necesarios para que este funcione, como el cristal de cuarzo, condensadores etc. También agregamos a esta placa los reguladores de tensión necesario para conseguir las tensiones que más adelante necesitaremos para alimentar los distintos componentes del submarino.

Bombas y electroválvulas.

    En el desarrollo de esta placa tuvimos una serie de obstáculos que dificultaron la consecución de la misma.
Como puede ser, el de que tuvimos que incorporar un transistor para que aumentara la señal que activa los relés. Al incorporar dicho transistor tuvimos que incorporar a su vez una resistencia limitadora en la base y tuvimos dificultades para definir dicha resistencia.

Motor de propulsión.

    Esta es la placa más compleja de nuestro submarino, debido a que esta placa debe trabajar con tensiones y corrientes muy grandes llegando a los 24 voltios y 10 amperios.
    En un principio pensábamos utilizar el circuito integrado L293D, ya que es un utilizado para comunmente para la inversión de giro de motores de continua. Pero dicho chip no aguantaba la corriente de nuestro circuito y decidimos crear este circuito simulando el L293D.

6. DISEÑO DE LAS PCB’s.

    Éste es otro paso clave para la fabricación del proyecto, ya que hay varios factores a tener en cuenta, como el ancho de pistas, colocación de los componentes para su posterior soldadura e interferencias posibles que pueda haber entre ellos, anchura de vías, etc
    Como ya hemos mencionado anteriormente, decidimos desarrollar tres PCB’s teniendo en cuenta la labor de cada una de ellas, todo esto debido a la falta de espacio que nos encontramos dentro de la estructura del submarino.
 Finalmente conseguimos una placa de control, otra para las bombas y las electroválvulas
 y otra para el motor de propulsión .

7. FABRICACION DE LAS PCB’s.

   Don Bosco dispone de una máquina capaz de crear circuitos impresos mediante fresado en muy poco tiempo. La máquina en cuestión es una Board-Master LPKF Promat S62.
Para la fabricación de nuestras placas se han introducido los esquemas en el ordenador conectado a la LPKF. Una vez cargados estos archivos  se le tiene que ordenar a la máquina que comience a hacer los agujeros de los componentes en la placa, para a continuación, empezar a fresar las pistas. Una vez llegados a este punto, solo queda fresar los vaciados, es decir aislar las partes de la placa donde hay peligro de contacto entre pistas.

8. POSICIONAMIENTO Y SOLDADURA.

    LLegados a este punto solo quedaba posicionar los componentes sobre las PCB’s y soldarlos, para después poner el submarino en marcha y una vez en marcha corregir y subsanar los fallos y errores que se nos presenten.
    Esta fue una de las fases más complejas, debido al espacio tan limitado del que disponemos dentro del submarino. Otro aspecto por el que nos resultó especialmente difícil esta fase, fue porque en un principio pensábamos colocar una placa sobre otra para ahorrar espacio, pero finalmente nos percatamos de que la altura total de las tres placas no los permitía y decidimos situarlas una al lado de la otra .

Autores: Jon Ander Mateos, Kevin Caballero, Marijose Sarasti, Xabi Del Puerto.

2015-2016

NOTA: Para información más detallada podeis visitar nuestro  site.
https://sites.google.com/a/fpdonbosco.com/15-16-2me3-taldea6/home/retos