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MAQUINA EXPENDEDORA DE CAFE
Andrés Felipe Baquero Sánchez 20232007077 (afbaqueros@udistrital.edu.co)
INTRODUCCION
Las máquinas de estados resultan altamente prácticas
cuando se diseñan dispositivos mecánicos que deben
seguir una secuencia o realizar un procedimiento
específico. En esta práctica desarrollaremos el circuito de
control encargado del funcionamiento de una máquina
expendedora de café, aplicando los principios de una
máquina de estados para gestionar su proceso interno.
OBJETIVOS
Implementar máquinas de estado para la creación y
desarrollo de proyectos
Desarrollar elementos prácticos para la ejecución de los
elementos designados
Mostrar el comportamiento del diseño en la psoc
EJERCICIO DE LA PRACTICA
El ejercicio propuesto describe una máquina expendedora de
café, la cual entrega un café cuando recibe el monto de $500.
Esta recibe monedas de $100, $200, $500 y $1000 para
completar dicho monto. La máquina da vueltas en función de
cuanto se le haya ingresado. La máquina solo da vueltas en
monedas de $100 por lo que en 4 bits se indicara las cantidad
de monedas a regresar.
con leche o con ambos ya cuando se ingresa la primera moneda
este tomara la opción requerida por el usuario.
La máquina de estado se realizó con los de estados tipo mealy,
debido a que esta tiene sus salidas en la transición de sus
estados. Teniendo en cuenta esto, nuestra maquina tiene un
total de 4 estados:
A) Estado inicial: La máquina esta lista para recibir
efectivo. En binario (00).
B) Saldo $200: Este estado nos indica que tenemos un
saldo de $200 ingresados en la máquina. Debido a que
todas las secuencias inician por una moneda de 200,
nuestro primer estado es un saldo de $200. En binario
(01).
C) Saldo $300: Este estado nos indica que tenemos un
saldo de $300 ingresados en la máquina. En binario
(10)
D) Saldo $400: Este estado nos indica que tenemos un saldo
de $400 ingresados en la máquina. En binario (11).
Para la codificación de la moneda se utilizará la siguiente
descripción:
Cuando se dispense un tinto, la maquina activara 2 motores con
la siguiente secuencia: Inicialmente M1 y M2 están
desconectados, luego se activa M1, después se apaga M1 y se
activa M2, posterior a esto se activa M1 sin apagar M2,
finalmente se apagan ambos motores.
Moneda $100 -> 00
Moneda $200 -> 01
Moneda $500 -> 10
Moneda $1000 -> 11
Para realizar el diseño son es necesario tomar 3 secuencias que
ajusten los $500, además de añadir los casos en que se
introduzca una moneda $1000 o de $500.
Si ingresamos una moneda de $500 o superior, la maquina
volverá al estado A y durante la transición nos dará el café y
las vueltas de ser necesario. Si contemplamos todos los
posibles estados, tenemos el siguiente diagrama de estados:
Además que antes del ingreso de la moneda se tendrá dos
opciones en la maquina si se introduce solo la moneda el café
será sin azúcar se puede tener otros caso que lo pida con azúcar
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MAQUINA DE ESTADO
-Primera etapa
Imagen 1 maquina de estado de la maquina de cafe
Donde los 2 primeros bits indican la moneda ingresada, los 2
siguientes después del slash indican si se entrega el tinto y si se
tienen que dar vueltas respectivamente, luego de estos 2,
separados por una coma, en 4 bits se indica la cantidad de
monedas de $100 que hay que dar de vueltas.
En F indica la indicación si el quiere 01 es azúcar 10 es leche y
11 es azúcar y leche 00 es sin azúcar.
DISEÑO DE LA LOGICA Y CIRCUITO EN PSOC
CREATOR
Imagen 3 logica toma de monedas
Este circuito corresponde a la etapa de detección y registro de
monedas dentro de la maquina . Cada entrada de moneda (100,
200, 500 y 1000) pasa primero por “debouncer”, cuya función
es eliminar los rebotes eléctricos que se producen cuando un
sensor o interruptor se activa.
Gracias a esto, cada moneda genera un único pulso limpio y
estable, evitando lecturas múltiples o erróneas.
Después del debouncer, cada señal se dirige hacia una
compuerta lógica y luego a un flip-flop tipo SR. Estos flipflops mantienen activa la señal por un tiempo suficiente para
que el sistema pueda reconocer correctamente qué moneda fue
ingresada, evitando que un pulso demasiado corto se pierda
durante el procesamiento.
Imagen 2 diseño general
Las salidas de los flip-flops generan un conjunto de señales
denominado S[0], S[1], S[2] y S[3], donde cada una
corresponde a una denominación de moneda específica. Estas
señales se agrupan en Q[3:0] que representa el estado de
entrada del sistema. Este llega al “Selector”. De este modo, el
selector entrega un valor codificado que indica qué moneda se
insertó y genera las señales de control necesarias para el resto
del proceso. En conjunto, todo el circuito se encarga de
limpiar, mantener, identificar y codificar la moneda ingresada,
garantizando un funcionamiento preciso y confiable de la
máquina expendedora
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Este bloque toma la señal del selector el cual procesa señales
digitales en función del estado previo y de las entradas
actuales. Este bloque recibe dos líneas de modo, M1 y M0, que
permiten seleccionar entre diferentes configuraciones de
operación. También incorpora un bus de entrada de dos bits,
E(1:0), que suministra la información o el comando que el
sistema debe interpretar.
Imagen 3 diseño general
Este circuito nos permite un antirebote ademas de mostrar los
pulsos en cada led
A partir de estas entradas, el módulo genera varias salidas de
control. Las señales T1 y T0 representan salidas asociadas al
estado temporal o a los pasos internos del proceso secuencial.
La salida En actúa como una señal de habilitación permitiendo
activar otros elementos del sistema cuando el módulo lo
determina. De manera complementaria, la línea Ca entrega una
señal de confirmación o avance utilizada para sincronizar
etapas o indicar que una transición ha sido completada.
Finalmente, el bus de cuatro bits N(3:0) proporciona un valor
codificado que representa el estado actual o el próximo estado
del sistema, según la lógica del módulo.
En conjunto, este bloque funciona como una pequeña máquina
de estados.
Imagen 4 selección de adiciones
Este circuito permite, mediante un pulso, añadir una porción
extra sin alterar el proceso principal. La selección del cliente se
indicará visualmente a través de un LED, y esta función no
modificará el precio del café, manteniéndose exactamente
igual.” Como se puede observar se tendra dos opciones café
con leche café con azucar café con azucar y leche si no se pulsa
y se introduce a la maquina una moneda este entedera que es
sin azucar.
Imagen 6 flip flop tipo t para el pulso
Ambos flip-flops están conectados a la misma señal de Pulso,
por lo que cada transición activa provoca que sus salidas
cambien de estado. Así, M1 y M0 se comportan como dos bits
que avanzan de forma secuencial con cada pulso recibido,
generando combinaciones binarias útiles para seleccionar
modos de operación, contar eventos o controlar estados dentro
de un sistema mayor. Esto nos permite tener secuencia de dos
bits para tener los pulsos aplicados para la maquina y tener la
secuencia en la activacion de los leds simulando la maquina.
Imagen 5 secuencia de la maquina
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CONCLUSIONES Y FUNCIONAMIENTO EL LA PSOC
Imagen 7 secuencia del segundo estado
Este circuito nos permite controlar la secuencia de preparación
del café, mostrando su estado mediante un LED. Además, se
activa automáticamente cuando el usuario ingresa el valor
correspondiente al precio del café, en este caso 500. Por otra
parte, el sistema también gestiona la situación en la que el
cliente introduce un valor superior: en ese caso, se activa la
función de devolución de cambio, indicándolo en la máquina.
Imagen 10 Visualizacion del proceso
En la primera etapa, el cliente tiene la opción de seleccionar si
desea el café sencillo, con azúcar o con leche. Después de
realizar la selección, puede ingresar monedas de 100, 200, 500
o 1000.
Imagen 8 secuencia del segundo estado
Este bloque
permite visualizar la interacción y el
comportamiento de la máquina, ya que el contador simula el
funcionamiento de los motores a través de un conjunto de
LEDs. Cada LED representa una etapa del proceso, mostrando
de forma secuencial las fases de preparación del café. De esta
manera, el circuito reproduce el orden de operación real de la
máquina sin necesidad de activar los motores físicos.
El sistema evalúa el valor total ingresado. Si el cliente
introduce exactamente 500 o la suma de las monedas alcanza
este valor, la máquina inicia el proceso de preparación: se
enciende el indicador de preparación, se activan los motores
correspondientes y en el display de 7 segmentos se muestra 0,
indicando que no hay cambio para devolver.
Cuando el cliente ingresa un valor superior a 500, el sistema
igualmente activa la preparación del café y los motores, pero
además habilita la función de devolución de cambio. Una vez
finalizado el proceso, el display de 7 segmentos muestra la
cantidad de monedas de 100 que serán devueltas al cliente. El
valor máximo mostrado es 9, ya que el monto máximo de
ingreso permitido es 1400.
Si el monto ingresado por el cliente no alcanza el valor del
café, la máquina no se activa, evitando la preparación hasta que
se complete el valor requerido.
Por lo tanto, esta actividad resultó ser un ejercicio y una
práctica exitosa, ya que permitió aplicar diversos
conocimientos, especialmente en el diseño y análisis de
máquinas de estado. Además, fue una experiencia dinámica e
interesante, que facilitó la implementación y la observación
directa del comportamiento real de la máquina de estados
dentro del sistema comprendiendo el comportamiento real de
elementos comunes en mi caso la máquina de café.
Imagen 9 visualizacion del cambio
Este LUT funciona como un decodificador de BCD a 7
segmentos. Su función es permitir la visualización del cambio
que recibirá el cliente, mostrando en el display la cantidad
correspondiente. En este caso, el sistema indica el número de
monedas de 100 que serán entregadas como devolución.