vhdl bridge design

1. U. ECCI UECCI 2016
SISTEMA INTELIGENTE EN VHDL PARA UN PROTOTIPO DE
PUENTE BASCULANTE
Pinzon R. Christian Camilo, Marquez Z. Nicolas
kcpinz@hotmail.com;nicolas.mz@outloook.com
Escuela Colombiana De Carreras Industriales
Bogota, Colombia
Resumen—Este documento presenta un proyecto de VIII
semestre, un sistema automatico para el manejo de un prototipo
de puente basculante, basado en una tarjeta de desarrollo Xilinx,
y lenguaje VHDL.Usamos lo aprendido en máquinas de estado y
el acomplamiento de señales para la interconexion del Sistema.
Abstract— this paper presents our final semester project, an
automatic system for handling a Drawbridge, based on a Xilinx
development board, and VHDL language. We use what they
learned in state machines and coupling signals for System
Interconnect.
Palabras Clave— Xilinx,Vhdl,State Machines,Automatico.Puente
Basculante
I. INTRODUCCION
Un puente basculante es un diseño de puente móvil que se
construye sobre canales navegables para permitir el paso de
embarcaciones por debajo , sin necesidad de elevar la traza de
la carretera. Están compuestos por 1 o 2 secciones que se
abren en dirección perpendicular al plano del puente con la
ayuda de contrapesos situados bajo la plataforma.
Estos puentes son más complicados de construir que los fijos
y tienen un presupuesto más elevado, se suelen construir en
los pasos de embarcaciones para que los barcos pasen por
debajo de ellos. James Meadows Rendel (*1) erigió en 1831 el
primer puente basculante con un mecanismo hidráulico, en el
estuario de Kingsbridge en Inglaterra.
Fig. 1 . Placa en honor a J.M.Rendel en Kingsbridge (Inglaterra).
Seleccionamos este proyecto ya que propone varias
aplicaciones entrelazadas, como son; el uso tradicional del
semáforo de carretera, el sistema de control de los sensores de
tráfico y de los sensores de movimiento de la plataforma, el
control directo de trafico sobre tierra y sobre agua y, la forma
en la que esta información se recopila y determina el
comportamiento a seguir dentro de la máquina de estados.
II. CONTENIDO
En una ciudad moderna, que cuente con tráfico fluvial
moderado y, que no pueda detener el flujo vehicular por
demasiado tiempo, se puede llegar a considerar la idea de un
puente basculante. En nuestros países en vía de desarrollo, aún
no se visualiza el potencial que tiene el uso del transporte
hacia el interior de los países o incluso, para movilizarse al
interior de las ciudades a través de sus ríos. En nuestro caso
específico, muy a pesar de tener una densidad considerable de
los mismos por todo el territorio nacional.
En otros lugares podemos ver como se aprecia los ríos como
autopistas y, aunque su uso es restringido a ciertas normas,
contribuyen al desarrollo económico de las ciudades y países.
Este proyecto se basa en, una solución para un cruce entre un
rio y una carretera por medio del diseño de un puente
inteligente, que basado en la situación del tráfico realice el
control del mismo y, de prioridad al paso fluvial o al trafico
normal dependiendo de unos factores programados con
anticipación.
A. Implementación del software (VHDL)
El control tiene sensores infrarrojos que, toman la muestra de
información cada determinado tiempo y, basados en la
recolección de datos y el comportamiento pre establecido,
realizara una tarea específica; para este sistema se uso una
máquina de estados tipo Moore (*2), para tener un control
específico de las salidas para cada estado presente.
B. Creación máquina de estados
Se diseñó un sistema con 7 entradas y 10 salidas, distribuido
de la siguiente manera:
 Entrada FC1 y FC2; señal de final de carrera para
recorrido de la sección del puente que se abre o cierra
según el tráfico.
 Entrada FC3 y FC4; señal de final de carrera para
talanquera de control de tráfico en la vía.

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 Entrada IB1 e IB2; señal de sensor de detección de
cruce fluvial.
 Entrada IC; señal de sensor de detección de vehículo
estancado en medio del cruce.
 Salida SC1, SC2 y SC3; señal de semáforo para
cruce vehicular (luz verde, luz amarilla y luz roja).
 Salida SB1 y SB2; señal de semáforo para cruce
fluvial (luz verde y luz roja) (*3).
 Salida AL; señal de indicación de alarma para
vehículo estancado.
 Salida M1 (2 bits); Señal de control de movimiento
para izar el puente.
 Salida T1 (2 bits); Señal de control de movimiento
para izar la talanquera.
Adicional a lo anterior mencionado, la máquina de estados
presenta los siguientes comportamientos:
 E0: Estado inicial, el puente se encuentra con flujo
vehicular normal.
 E1: Detección de barco, revisión de entradas y
comportamiento según activación de sensores.
 E2: movimiento de puente, levanta la plataforma para
la circulación fluvial.
 E3: puente arriba, tráfico vehicular detenido, espera
confirmación de cruce fluvial.
 E4: movimiento de puente, descenso de plataforma
para restablecimiento de flujo vehicular.
 E5: Estado de alarma, se detecta vehículo atascado
en medio del puente.
Luego de establecer los posibles comportamientos, se
implementa la creación de la máquina de estados (*4),
siguiendo los criterios pre establecidos para tal fin.
Fig. 2. Diseño mapa de estados.
Basado en el anterior esquema se crea la tabla de estados para
la posterior implementación del programa:
Fig.3. Tabla de estados
Como se aprecia en la anterior tabla, se puede determinar un
patrón de comportamiento y, usando ese patrón como punto
de origen se logra a creación de la máquina de estados para
este proyecto en particular.
C. Creación programa VHDL
Diseñamos un código que sintetiza el comportamiento anterior,
con las siguientes características:
 Tiene un control de reset.
 Maneja un reloj de frecuencia de 20 Hz.
 Sistema IN/OUT de 7 entradas lógicas y 10 salidas
lógicas.
Se crea un código que contempla todas las posibles
combinaciones dentro del estado presente, para así poder tener
mayor control sobre todas las variables que afecten nuestra
máquina de estados. En este caso a pesar que se diseñó con
una sola condición para el cambio de estado, se maneja un
comportamiento por cada una de estas variables, si están en
uno o cero. Por lo que tenemos ocho posibles condiciones de
entrada, todas asociadas al mismo estado.
Estas condiciones están relacionadas con un posible mal
contacto de uno de los sensores, y también de la interacción de
los mismos dentro de la máquina de estados en puntos en los
que no alteran el funcionamiento de la misma, pero igual se
debe establecer como altera cada uno de los estados (para este
caso el sensor IC).
D. Acoplamiento de señales
Trabajamos con una tarjeta de desarrollo Basys 2, que maneja
señales lógicas de control (3,3VDC), razón por la que no se
deben conectar ningún circuito de salida o entrada que
demande un consumo energético superior a la capacidad de la
misma (100mA) (*5).
Como nuestro desarrollo implementa motores para el
movimiento de nuestra plataforma y una talanquera, ademas
de la carga de los semaforos y la conexión de los sensores de

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final de carrera, es obligatorio realizar un tratamiento de
señales acorde a las especificaciones de nuestro control.
Circuito Anti rebote: Nuestro sistema de señales para la
plataforma y la talanquera es alimentado por sensores finales
de carrera. Estos sensores a pesar de ser muy efectivos y
ampliamente usados, para un sistema lógico presentan el
inconveniente del falso contacto. Es por esta razón que se
debe implementar un circuito anti rebote para la señal que
entra a nuestro control.
En este caso puntual, se le debe dar este tratamiento a las
señales FC1, FC2, FC3 y FC4.
Fig.4. Tipos de circuito anti rebote.
Circuito CNY: La señal para detectar el cruce vehicular y
fluvial, está basada en sensores infrarrojos CNY, que tienen
emisor y receptor en la misma pastilla. Se anexa el diagrama
de conexión para este circuito.
Fig.5. Conexión sensor CNY
Circuito motor: La señal para los motores, es una señal de
control no de potencia, razón por la que se debe realizar un
driver. Nosotros trabajamos basados en un puente H.
Fig.6. Driver motor, en este caso se aprecia la parte análoga, y en la
conexión del final de carrera debe estar el circuito anti rebote.
Circuito Semáforos y Alarma: Este circuito es únicamente la
visualización del semáforo para automóviles y para barcos, y
la indicación de alarma cuando hay un vehículo atascado.
Fig.7. Circuito conexión indicadores led.
Montaje: la maqueta sobre la que se trabajó, es una
reconstrucción de un sistema básico para un puente basculante,
los materiales usados fueron madera de balso, cartón paja y
acuarelas para dar la presentación a la estructura y los
elementos electrónicos básicos según los diagramas
presentes en este documento.
III. RESULTADOS
El programa, aunque está basado en un comportamiento
sencillo, debió extenderse casi 200 líneas por el análisis de
variables, que no están incluidos dentro de cada una de las
ecuaciones, sin embargo están presentes en cada estado.
Se debieron contemplar para no crear puntos muertos en las
transiciones de estado y que el circuito se comporte de la
manera esperada, que no se bloquee ni funcione de manera
errónea, y que siempre se cumplan los estados en la máquina.

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Fig.8.Pprototipo en 3D del proyecto.
REFERENCIAS
(1) George, A. B. (s.f.). Retired Chartered Engineer´s Club.
Recuperado el 1 de mayo de 2016, de
http://www.rcec.co.uk/Spirit_of_Engineering/SoE_S
ect4.pdf
(2) Casasnova, M. (julio de 2014). Maquina de estados finita.
Cordoba, Cordoba, Argentina.
(3) Gomez Esteban, P. (30 de 06 de 2007). eltamiz.com.
Recuperado el 01 de 05 de 2016, de eltamiz.com:
http://eltamiz.com/2007/06/30/inventos-ingeniosos-
el-semaforo/
(4) Gomez Andrade, A. (28 de 02 de 2003).
www.geocities.ws/bl_reynoso. Obtenido de
www.geocities.ws/bl_reynoso/Tcmod04.doc
(5) Digilent. (08 de 04 de 2016).
https://reference.digilentinc.com. Recuperado el 08
de 05 de 2016, de https://reference.digilentinc.com:
https://reference.digilentinc.com/_media/basys2:basy
s2_rm.pdf
AUTORES
Christian Camilo Pinzón Roa
Estudiante de 8 semestre de ingeniería
electrónica, con 9 años de experiencia
en electricidad y automatización
industrial, ha realizado trabajos para
industrias Food, Oil and Gas,
Actualmente se encuentra terminando
estudio de pregrado en ingeniería.
Nicolás Márquez Zapata Nacido en la
ciudad de Bogotá en el año de 1991,
Estudiante de 8 semestre de ingeniería
electrónica, tecnólogo graduado en
electrónica y tecnólogo graduado en
mecatrónica, 4 años de experiencia en
comunicaciones trabajados en RCN
Radio. Actualmente se encuentra
cursando estudios de pregrado en la
universidad ECCI en la ciudad de Bogotá.