circuito electrónico de alarma de seguridad

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO. FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS, ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL. CARRERA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIÓN

MÓDULO DE ELECTRÓNICA DIGITAL

Tema: Aplicación de las compuertas lógicas para diseño de un circuito electrónico de alarma de seguridad Proyecto de Medio Semestre Área Académica: Electrónica Línea de Investigación: Automatización Ciclo Académico y Paralelo: Cuatro “A”

Alumnos participantes: Ángel Méndez Jefferson Minchala Dennis Miranda Christian Pilco

Modulo y Docente : Ing. Ing. Carmen Beltrán

Ambato – Ecuador. Ecuador.

Octubre 2016- Marzo 2017

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL CARRERA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIÓN PERÍODO ACADÉMICO: OCTUBRE/2016 – MARZO/2017 …………………………………………………………………………………………………………………………………

I. INFORME DEL PROYECTO 2. 2.1 Título Aplicación de las compuertas lógicas para diseño de un circuito electrónico de alarma de seguridad

2.2 Objetivos 2.2.1 Objetivo General Se presenta el diseño y construcción del circuito electrónico de una alarmar utilizando compuertas lógicas mediante los conocimientos adquiridos del módulo de Electrónica Digital durante el medio semestre

2.2.2 Objetivo Especifico 

Conocer sobre el diseño lógico combinacional compuertas lógicas y los componentes que se utilizaran para la creación del circuito



Generar la función booleana que rige en el circuito lógico con la ayuda de la tabla de verdad.



Diseñar el circuito electrónico en la plataforma en Crocodile Technology y su posterío simulación para la corrección de errores.



Elaborar el circuito electrónico de la alarma en baquelita.

2.3 Resumen El presente informe está desarrollado con respecto al proyecto de medio parcial, para el módulo de Electrónica digital, en este se aplicara lo aprendido en base a compuertas lógicas, la aplicación que deseamos diseñar es la de una alarma para el acceso a una casa la cual se activara al momento en el que no se coloque la combinación correcta mediante un dipswitch de 4 entradas colocado en la parte frontal de nuestra maqueta, de manera que activara un buzzer o zumbador, pero en el caso de estar correcta la combinación nos dejara ver encender un led de color azul sin la activación del buzzer, indicándonos el acceso correcto a la casa, este circuito fui probado en el software crocodile para la verificación de su funcionamiento y para su posterior implementación en baquelita, así se puede demostrar todos los temas aprendidos en clase hasta este momento, como son (tablas de verdad, compuertas lógicas, funciones booleanas, reducción de funciones


booleanas mediante algebra de Boole, diseño del circuito a través de la función booleana), y su posterior aplicabilidad de forma práctica.

2.4 Palabras clave: Compuertas Lógicas, Algebra de Boole, Crocodile, Dipswitch, Buzzer.

2.5 Introducción El campo de la Electrónica Digital ha alcanzo grandes avances tecnológico capaz de desarrollar sistemas automatizados y es la base para los microprocesadores de alta velocidad, Además comprende el estudio sobre el Álgebra de Boole y un sistema de numeración binario en donde se puedan realizar complejas operaciones lógicas o aritméticas sobre las señales de entrada, muy costosas de hacer empleando métodos analógicos. Por otro lado un circuito digital se puede aplicar en diversas tecnologías: mecánica, electromecánica, óptica, magnética, pero en la actualidad se utiliza la tecnología microelectrónica Todo estudio sobre el análisis y diseño de circuitos combinacionales permite conocer el l comportamiento de los circuitos con compuertas lógicas ya que estos sólo depende de las señales de entrada en un instante determinado, y no de la secuencia de entradas, es decir, de la historia del circuito en donde las características para la obtención de la función booleana son dadas de acuerdas a las necesidades en donde se aplicar el circuito para el caso práctico de este estudio es para la creación de la alamar en donde se dan los lineamientos de entrada y salida para la función booleana Con el desarrollo de las circuitos integrados los cuales llevan es su interior operaciones lógicas predefinas es práctico y más eficiente el montaje de un circuitos electrónicos lo cual aporta para el montaje del circuito de alarma de seguridad para una casa mediante la implantación de dichos componentes que es la parte fundamental para el funcionamiento del mismo

.


2.6 Materiales y Metodología Materiales Material

Cantidad

Tipo

Compuerta Lógica AND

2

74LS08

Compuerta Lógica OR

2

74LS32

Compuerta Lógica NOT

2

74LS04

Buzzer

1

-

Resistencia 220 Ω

2

-

Protoboard

1

-

Baquelita Acido

Marco Teórico Tabla de Verdad Una tabla de verdad contiene todos los valores posibles de una función lógica dependiendo del valor de sus variables. El número de combinaciones posibles para una función de n variables vendrá dado por 2 n. Una función lógica puede representarse algebraicamente de distintas formas como acabamos de ver, pero sólo tiene una tabla de verdad. La siguiente tabla corresponde a la función lógica del punto anterior. [1]

Obtención de funciones booleanas a partir de tablas de verdad Existen varios métodos para describir una función booleana. Uno de ellos es mediante la tabla de verdad, que proporciona los valores de la salida para todas las combinaciones dc las entradas. Alternativamente se puede expresar la función booleana usando el producto lógico y la suma lógica. [2]


Ilustración 1. Función booleana a parir de tabla de verdad..

Compuertas Lógicas Las compuertas son dispositivos que operan con aquellos estados lógicos mencionados en el punto anterior. Pueden asimilarse a una calculadora, por un lado ingresas los datos, la compuerta realiza la operación lógica correspondiente a su tipo, y finalmente, muestra el resultado en algún display. [3]

Ilustración 2. Compuertas lógicas básicas.

Cada compuerta lógica realiza una operación aritmética o lógica diferente, que se representa mediante un símbolo de circuito. La operación que realiza (Operación lógica) tiene correspondencia con una determinada tabl a, llamada “Tabla de Verdad”. Como se muestra en la Figura anterior las diferentes operaciones lógicas


Diseño Combinacional El término Sistema Combinacional describe a un bloque digital cuya salida es una función booleana de sus entradas. En otras palabras, los valores de la salida (0 o 1) de un bloque combinacional dependen únicamente de la combinación que tomen los valores (0 o 1) de sus variables de entrada [2]

Ilustración 3. Diseño combinacional.

Cuando se presenta un cambio en la combinación de las variables de entrada de un sistema combinacional, las salidas toman nuevos valores, estos nuevos valores aparecen con un intervalo de tiempo, determinado por los tiempos de propagación inherentes a cada compuerta usada para implementar el circuito

Reducción de expresiones Booleanas usando el mapa de Karnaugh La utilidad del mapa de Karnaugh se basa en que el acomodo de las áreas para cada variable, permite minimizar una expresión lógica por simple inspección. Veamos qué relación existe entre un mapa de Karnaugh y una tabla de verdad. En la figura.5.7 se muestra una tabla de verdad para una función de 2 variables y el acomodo para cada mintérminos de la función en el mapa

Ilustración 4. Mapa de Karnaugh para reducir funciones booleanas..


Figura. 5.7 Tabla de verdad para una función de 2 variables y Mapa de Karnaugh conteniendo los valores de la tabla.

Componentes Electrónicos El LED: Eléctricamente el diodo LED se comporta igual que un diodo de silicio o germanio. Si se pasa una corriente a través del diodo semiconductor, se inyectan electrones y huecos en las regiones P y N, respectivamente. Dependiendo de la magnitud de la corriente, hay recombinación de los portadores de carga [4]

Ilustración 5.Diodo led.

Tiene un voltaje de operación que va de 1.5 V a 2.2 voltios aproximadamente y la gama de corrientes que debe circular por él está entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en los diodos de color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros LEDs

Resistencias: Es un elemento que causa oposición al paso de la corriente, causando que en sus terminales aparezca una diferencia de tensión (un voltaje). Los valores de potencia comunes de las resistencias son: 1/4, 1/2, 1 watt, aunque hay de valores mayores. Este bombillo / foco que todos tenemos en nuestros hogares se comporta como una resistencia, pues limita el paso de la corriente, disipa calor, pero a diferencia del foco o bombillo, la resistencia no emite luz.

Ilustración 6. Diferentes tipos de resistencia eléctrica.


Las resistencias se representan con la letra R y el valor de éstas se mide en Ohmios (Ω).

El Buzzer o Zumbador: Es un transductor electroacústico que produce un sonido o zumbido continuo o intermitente de un mismo tono (generalmente agudo). Sirve como mecanismo de señalización o aviso y se utiliza en múltiples sistemas, como en automóviles o en electrodomésticos, incluidos los despertadores.

Ilustración 7. Buzzer o zumbador..

Su construcción consta de dos elementos, un electroimán y una lámina metálica de acero. El zumbador puede ser conectado a circuitos integrados especiales para así lograr distintos tonos. Cuando se acciona, la corriente pasa por la bobina del electroimán y produce un campo magnético variable que hace vibrar la lámina de acero sobre la armadura.

Crocodile Technology El Crocodile Technology es un programa de simulación de circuitos, se puede diseñar sistemas que incorporen cualquiera delos componentes eléctricos, electrónicos y mecánicos. Un chip puede programarse fácilmente usando símbolos de diagrama de flujo simples, y luego usarlos para controlar un sistema electrónico. Puede comprobar su diseño y realizar cambios en él, y luego descargarlo a un chip real [5].

Ilustración 8. Diseño de un pr oyecto en Crocodile.


Además de la gran cantidad de componentes eléctricos, electrónicos y mecánicos que estaban presentes en versiones anteriores, las nuevas características incluyen chips programables y programación mediante diagramas de flujo.

Construcción de una tabla lógica en Crocodile Technology 1. Abrimos el programa y seleccionamos el icono en el que aparece la compuerta digital.

Ilustración 9. Selección de compuertas lógicas en Crocodile..

2. Procedemos a bajar las proposiciones P y Q

Ilustración 10. Obtención de proposiciones.

3. Seleccionamos la compuerta Lógica "y" (^) , un indicador a la salida y queda conformada la tabla de la "y" lo único que hace falta es comprobarla:

Ilustración 11. Circuito para tabla de verdad AND..


Comprobación de los valores de verdad de una tabla de verdad El ejemplo lo haremos con la tabla lógica de la "y ”. Comenzamos por la primera fila, cuando los pulsadores de P y Q no son oprimidos estos se encuentran en falso, el resultado es falso:

Ilustración 12. Tabla de verdad AND.

Cuando el pulsador de P se encuentra sin oprimir (falso ) y el de Q esta oprimido (verdadero) el resultado es falso:

Ilustración 13.Comprobación de tabla de verdad AND.

Cuando el Pulsador de P se encuentra oprimido ( verdadero) y el de Q se encuentra en falso ( sin oprimir ), su resultado es falso .


Ilustración 14. Comprobación de tabla de verdad AND.

Cuando el pulsador de P se encuentra oprimido (verdadero) y el de Q se encuentra en verdadero ( oprimido) el resultado es verdadero.

Ilustración 15. Comprobación de tabla de verdad AND.

Para la construcción y comprobación de las demás tablas lógicas procedemos con los mismos 3 pasos y la comprobación la hacemos de igual forma que lo hicimos con la "y" .

Ilustración 16 . Comprobación de las demas tablas de verdad..


2.7 Resultados y Discusiones Procedimiento para la creación de un circuito digital con su respectiva función booleana, tabla de verdad, diagrama del circuito y comprobación virtual del mismo. 1. Para la generación de nuestro circuito digital procedimos en primer lugar a diseñarlo en papel partiendo desde nuestra tabla de verdad y dándole las condiciones en las que queremos obtener un uno lógico para controlar nuestro buzzer o nuestro led de aviso. 2. Una vez ya delimitado las condiciones para la tabla de verdad, seguimos con el desarrollo de nuestra función booleana a la cual responderá nuestro circuito y que cumplirá con la tabla de verdad asignada. 3. Ya con nuestra función booleana, la pasamos a lo que seria un circuito lógico según necesite la función como compuertas AND, OR, NOT sean necesarias. 4. En este paso armamos el circuito en el software Crocodile para la comprobación del funcionamiento de este antes de conseguir los elementos. 5. Luego pasamos a probarlo ya físicamente en una protoboard, al funcionar de manera correcta, lo siguiente que hicimos fue la creación del diseño de nuestro circuito impreso para la creación de un circuito en baquelita.

Procedimiento de la creación de circuito impreso en baquelita 1. Diseñar el circuito electronico con la ayuda del PBC en Cocodrille Tecnology 2. Imprimimos el diseño con una impresora láser, en papel fotografico 3. Recortaremos la fotocopia como se indica en la imagen,de esta forma, podremos pegar los bordes a la placa. 4. Recortamos la baquelita de acuerdo a las dimensiones del impreso 5. Para este proceso nos tomaremos nuestro tiempo, usaremos una lana de acero y la acetona, este proceso debe ser llevado lo mejor posible, ya que si la placa no queda bien limpia nunca fijara el toner el la misma. Al terminar de limpiar secaremos la placa con un paño limpio y volveremos a limpiarla sin poner mas los dedos sobre el cobre, ya que estos dejan grasa.


6. La limpieza de la placa solo será efectiva cuando esta quede brillante y con rayones en circulo para que agarre mejor el toner. Esto se ve en la siguiente imagen. 7. Con la plancha a tope de calor, se le aplica a la placa por la cara donde estaba el cobre, NUNCA por la trasera pues no serviría. Es importante insistir con el calor por toda la placa y con vapor humedeciendo el papel para que no se queme pero sin empaparlo. Si se llegase a empapar, cortar la llave de vapor y dar calor seco unos instantes. 8. En el instante que se retira la plancha de la placa, después de 1 o 2 minutos de calor intenso, a veces mas, se coloca la placa en un recipiente con agua para que el papel no tire (suelte) el toner hacia arriba al enfriarse y se fije a la placa, esta debe mantenerse en el agua durante unos 5 minutos. 9. Después de haber esperado 5 o 10 minutos en el agua, sacamos la placa y vamos frotando con los dedos para quitarle el papel que no nos sirve, intentando quitarlo todo, hasta que quede una capa muy fina de papel que se retira con un cepillo de dientes que ya no tengan en uso, con cuidado de no partir el toner que define las pistas. Si pasa eso, se recomienda volver a la fase de limpiado. 10. Este es un paso que no se suele llevar a cabo, aunque de ser necesario, debe realizarse. Se recomienda repasar todas las pistas y boquetes que lleve la placa para que al atacarla con el ácido no queden poros y tengan luego que estañar o hacer puentes. Usen edding 3000 o superior (marcador permanente). Este simple paso, puede ahorrarnos luego mucho trabajo. 11. Esta es la fase en la que debemos estar más atentos, pues si el ácido resultara fuerte podría diluir el tóner. Lo ideal es que cuando coloques la placa en disolución, el cobre coja un color rojizo y empiece a burbujear. Miren la imagen. 12. Con una puntilla fina o punzón y un martillo vamos marcando los orificios donde se taladrara. No consiste en taladrar la placa con la puntilla, solo de hacerle una marquita para que la broca no patine y corte las pistas. 13. Una vez listas las marcas, procederemos a taladrar la placa, para lo cual usaremos un taladro que acepte brocas de 1mm. Si la broca quedase pequeña y no fuera agarrada por el taladro, pueden colocar un trozo de cinta aislante, pero una mejor solución que se me ocurrió fue, con un trozo de cable rígido fino (del usado en telefonía), ir liando en vueltas muy juntas toda la parte trasera de la broca, una vez


liada, la cojo con el tronillo o gato y la lleno de estaño, intentando que quede toda una pieza y solucionado, todavía y después de al menos 10 Ahora con un trozo de lana de acero se le da a toda la placa por delante y por detrás para evitar pinchazos con los trozos de cobre y procuraremos que quede lisa. Luego la limpiaremos de nuevo con acetona y un trapo limpio.as mas, la broca no me da ningún problema. 14. Bueno, que deciros de esto, solo que si vais a usar IC's que los montéis sobre zócalos, que mantengáis la punta del soldador limpia, y que vayáis soldando los componentes

de

los

mas

pequeños

(resistencias,

zócalos,

etc...).

Si os hiciese falta un tuto de como soldar, solo pedídmelo y lo hago igual que este con fotos y por pasos, a fin de cuentas estamos aquí para ayudarnos. 15. Ya solo queda probar que todo funciona correctamente, y que el proyecto, cumpla bien su cometido. Ahora solo espero que todo les haya dado buen resultado y que como yo, hayan disfrutado haciendo sus trabajos.

2.8 Conclusiones 

Mediante la aplicación de los diferentes componentes electrónicos como compuertas lógicas, resistencias, diodos leds, buzzer, se logró el diseño de nuestro circuito, para aplicarlo a nuestra alarma de casa, de todos estos el que no teníamos demasiado conocimiento fue el buzzer pero con el proyecto se tuvo una mejor comprensión del tipo de uso de este, y un mayor refuerzo de conocimiento del resto de estos.



La generación de la función boolena para nuestro circuito fue desarrollada mediante las condiciones que íbamos a necesitar para el circuito de alarma, partiendo de nuestra tabla de verdad, toda esta parte fue desarrollada de manera escrita, ayudados de la teoría recibida en clase, además de los diferentes tipos de ejercicios desarrollados para la aplicación de circuitos digitales.



Usamos el software de Crocodile Technology, este nos ayudó a verificar si nuestro circuito diseñado en papel iba a cumplir con lo que deseábamos, además de poder verificar y corregir errores del diseño, sin tener que echar a perder componentes ya obtenidos.



Después de haber comprobado que nuestro circuito está correctamente diseñado, procedimos al desarrollo del mismo, pero implementándolo para una baquelita, a través de la ayuda del programa Crocodile, con el cual obtuvimos nuestro circuito, solo para ubicarlo y accionarlo dentro de nuestra maqueta.


2.9 Referencias bibliográficas

[1] A. Barceló, Introducción a la Lógica Intensional Lógica Temporal Proposicional, Mexico: Universidad Nacional Autónoma de México, 2012. [2] Mira y Jaar, «Álgebra e Boole y circuitos con compuertas logicas,» US, DISA . ESI, 200, pp. 27-28. [3] «Roble,» [En línea]. Available: http://roble.pntic.mec.es/jlop0164/archivos/electronica-digital3.pdf. [Último acceso: 22 Noviembre 2016]. [4] T. Sanchez y A, Electronica Dispositivos y aplicaciones, Quito: Escuela politecni Nacional, 2014. [5] Teleformacion Medusa, «Cocodrille Technology,» Gobierno de Canarias, Canarias.

2.10

Anexos



1

circuito electrónico de alarma de seguridad

Recommend Documents