Fuente Conmutada Regulable y Manipulada Por La PC[1]

FUENTE CONMUTADA REGULABLE Y MANIPULADA POR LA POR LA PC Fernando Fern ando Or tiz Ramos Ra mos , Forl , Forlive7@ ive7@gmail gmail .com

ÍNDICE 1. RESUMEN …. …………………………………………………………………………..2 …………………………………………………………………………..2 1.1. Características y Alcances de la Fuente Conmutada .……………………………. 2,3 2. ANTECEDENTES ANTECEDENTES ……………………………………………………… ………………………………………………………………………3 ………………3 2.1. Justificación………………………… Justificación………………………………………………………… …………………………………………………..3 …………………..3 2.2. Objetivos Obje tivos y Metas………………………… Metas …………………………………………………… …………………………………………….3 ………………….3 2.3. Metodología………………………………………………………… Metodología……………………………………………………………………………...4 …………………...4 2.4. Hipótesis……………………… Hipótesis …………………………………………………… ………………………………………………………… ……………………………44 2.5. Obstáculos………………………………… Obstáculos…………………………………………………………… …………………………………………….4 ………………….4 2.6. Reseña histórica……………………………………… histórica…………………………………………………………………… …………………………………4 ……4 2.6.1. Tipos de Reguladores…………………………………………………….………4, Reguladores…………………………………………………….………4, 5,6. 3. DESARROLLO………………………… DESARROLLO……………………………………………………… ………………………………………………...7 …………………...7 3.1. Fundamentos Teóricos………………………………………………… Teóricos……………………………………………………………...7,8,9 …………...7,8,9 3.2. Diagrama a Bloques General……………………………………………………….10,11 General……………………………………………………….10,11 3.3. Análisis y Diseño de Cada Bloque …………………………………………………… …………………………………………………….11 .11 3.3.1. Reducción de AC……………………………………………… AC……………………………………………………………………..11 ……………………..11 3.3.2. Rectificación…………………………… Rectificación………………………………………………………… ……………………………………………..12 ………………..12 3.3.3. Filtrado………………………… Filtrado……………………………………………………… …………………………………………………......12 ……………………......12 3.3.4. Suministro Suministro de Alimentación…………………………… Alimentación……………………………………………………… …………………………....13 ....13 3.3.5. Teclado……………………………… Teclado…………………………………………………………… …………………………………………….14,15 ……………….14,15 3.3.6. Pantalla Pantalla LCD………………………………… LCD……………………………………………………………… ……………………………………16,17 ………16,17 3.3.7. Microcontrolador Microcontro lador…………………………… ………………………………………………………… ………………………………….....18,19 …….....18,19 3.3.8. Regulador conmutado…………………………… conmutado ……………………………………………………… …………………………………..20 ………..20 3.3.9. Interfaz Serial ……………………………………………………………… ………………………………………………………………………...21 ………...21 3.3.10. Manipulación Manipulación por la PC…………………………………………… PC……………………………………………………………..22 ………………..22 3.4. Funcionamiento…………… Funcionamiento……………………………………… ……………………………………………………… ……………………………...23,24 ...23,24 4. RESULTADOS………………………………………… RESULTADOS……………………………………………………………………… …………………………………25 ……25 4.1. Conclusiones………………………………… Conclusion es……………………………………………………………… ………………………………………25,26 …………25,26 4.2. Recomendaciones…………………………………………27,28,29,30,31,32,33,34,35,36. 5. RECOMENDACIONES GENERALES 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Ing. Fernando Ortiz Ramos, Código; Código; D03865541, [email protected] [email protected] m Proyecto de Diseño Diseño con Electrónica Integrada Página 1

1).- RESUMEN El objetivo de este proyecto es diseñar y construir una herramienta muy útil en el estudio de la electrónica, haciendo posible que cada estudiante de esta materia y sus derivados pueda adquirir un equipo como este, teniéndolo en casa y así ganar tiempo para el desarrollo de la práctica a elaborar en su carrera. Esto gracias a que el costo que genera el desarrollo de esta fu ente conmutada es relativamente bajo si lo compa ramos con las fuentes de laboratorio que se se encuentran en el el mercado de la electrónica y que normalmente normalmente se utilizan utilizan en los laboratorios de los planteles universitarios.

1.1).- Característic Características as y Alcances de la Fuente Conmutada 1.

La Fuente Conmutada puede proporcionar 1,2 y hasta tres salidas independientes y simultáneas de voltaje directo (VDC), con un rango de regulación de 0 – 30 VDC a 3Amp.

2.

La fuente puede ser manejada en modo manual ó en modo interfaz visual gráfico, éste último por medio del software orientado a objetos hechos en “Visual Basic 6.0”, el cual solamente se limita por las necesidades del usuario. El modo manual se realiza por medio de controles físicos que conforman el hardwar e, estos son:

• • • • • • • •

Un toma corriente hembra de t res puntas (fase, neutro y tierra física) física) Conector macho para toma corriente de tres puntas Foco indicador de corriente alterna Interruptor de ON/OFF Porta fusible Americano Pantalla LCD de 2 líneas por 16 caracteres Teclado matricial de 3*4 (12 teclas de control, tipo telefónico) Conector serial DB9 macho

3.

La Fuente Conmutada es regulada por una señal de control digital ó discreta llamada “PWM” (Modulación por Ancho de Pulso). Esta señal es interpretada perfectamente por un circuito llamado Etapa de Regulación y que permite el paso de la cantidad de voltaje directo según la proporción de la señal PWM, es decir, que el voltaje directo es directamente proporcional a la señal PWM. El objetivo de ésta señal es proporcionar una gran eficiencia ya que las pérdidas de energía por disipación de potencia de los elementos de mayor desgaste es reducida hasta un 90%, ya que estos elementos son MOSFETS y solo trabajan cuando la señal PWM lo indica, por lo que no todo el tiempo están operando operando con el voltaje directo.

4.

También cuenta con dos lazos cerrados, es decir, con dos retroalimentaciones del voltaje obtenido en la salida. Una retroalimentación es monitoreada por medio de software y otra por medio de hardware, esto con el fin de darle una gran estabilidad al voltaje de salida obtenido, así siempre se están efectuando correcciones en tiempo real del valor deseado contra el obtenido de VDC. VDC.

5.

Las etapas de control digital están aisladas de las etapas de potencia debido al uso del opto aisladores, que separan las señales de control digital de los driver´s de potencia. potencia.

6.

Por último cabe señalar que el sistema tiene una protección contra corto circuito en sus salidas, que al ocurrir tal evento automáticamente deshabilita las tres salidas a 0 VDC y mandando un texto en el indicador visual de “corto circuito en la fuente , reiniciar sistema”.

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2).- ANTECEDENTES 2.1. Justificación El motivo de elegir este proyecto es porque se pretende aprender a realizar un FINWARE, es decir, manipular HARDWARE por medio de un SOFTWARE en una interfaz visual amigable entre usuario y el ordenador (PC).

2.2. Objetivos y Metas El objetivo es poder manipular una fuente de voltaje directo (hardware) por medio de una interfaz visual usuario-ordenador (software). La meta es aprender a manipular, usar y explotar los alcances y recursos que proporciona a lo que se llama hoy en día “FINWARE”.

2.3. Metodología Este tipo de estudio es Exploratorio, porque se pretende experimentar y saber como controlar un hardware con el ordenador (PC).

2.4. Hipótesis La computadora personal será capaz de manipular una fuente conmutada de VDC externa, mediante un programa de ambiente gráfico.

2.5. Obstáculos Algunos obstáculos o limitaciones que se pueden presentar pueden ser: tiempo, costo, disposición de herramientas, equipos y elementos electrónicos.

2.6. Reseña histórica Para su funcionamiento, mucho de los dispositivos electrónicos necesitan voltajes de corriente directa (VDC). Las baterías son útiles en el caso de aparatos con bajo consumo de potencia ó cuando éstos son portátiles, su duración es limitada, a menos que se recarguen o se cambien. Entonces se recurre a la fuente de alimentación con la que se dispone con mayor facilidad, es el contacto de pared de 110 VAC y 60 Hz. Y se hace uso del circuito que convierte el VAC en un VDC, a éste se le conoce comofuente de alimentación de DC. Dado que el voltaje de DC no está regulado (es decir, no es constante cuando se producen cambios en la corriente en la carga), a esta fuente de alimentación se le considera como no regulada. Cabe señalar que es necesario construir una fuente de alimentación no regulada antes de proceder a conectar a ésta un regulador de voltaje.

2.6.1 Tipos de Reguladores Una fuente de voltaje capaz de permanecer constante con las variaciones del voltaje de entrada y de la corriente de carga es esencial en casi todos los circuitos electrónicos modernos. Las variaciones de la fuente de poder pueden provocar variaciones en la salida del circuito, indistinguibles de las provocadas por la entrada del circuito mismo, y el voltaje excesivo puede destruir todo el circuito. Por tanto, las fuentes de DC de poder bien reguladas son esenciales para el buen funcionamiento de los circuitos, tanto lineales como digitales. En años recientes han aparecido en el mercado reguladores de voltaje de circuito integrado que solo requieren pocos componentes exteriores. Esos reguladores CI ofrecen un servicio excelente a precio muy razonable. Como resultado, cada uno de los tableros de cicuito impreso que integran un sistema puede tener su propio regulador de voltaje o fuente de poder regulada y puede suministrarse al tablero de circuitos impresos un voltaje de DC ó AC no regulado. La confiabilidad del sistema aumenta, ya que la falla de un solo regulador de voltaje puede no alterar el funcionamiento de todo el sistema.

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|Existen dos tipos principales de reguladores de voltaje: lineales y conmutados . El proyecto se enfoca a los reguladores conmutados . El elemento regulador es un transistor MOSFET de potencia, funciona totalmente en operación o totalmente fuera de operación y sólo disipa una potencia apreciable durante la conmutación. En la figura 1, aparece el diagrama de bloques de un regulador conmutado. Si los tiempos de conmutación son cortos comparados con los períodos en que el transistor está en operación y fuera de operación, el elemento de control usa muy poca potencia de entrada. De manera que las fuentes de poder con conmutación son mucho más eficientes que las lineales. La eficiencia de las fuentes conmutadas es de más del 90%, mientras que las de paso en serie rara vez tienen eficiencias de más del 70% al 80% y a veces mucho menos , debido a la potencia que consume el transistor regulador lineal.

Figura 1 .- Diagrama a bloques de l Regulador Co nmutado En las fuentes de poder conmutadas, la regulación se lleva a cabo variando los tiempos en que el elemento de control está en operación y fuera de operación. Mientras más tiempo esté en operación, más alto será el voltaje de salida. A esto se le llama modulación por ancho de pulso (PWM) y se le ilustra en la figura 2. Se usan inductores y condensadores para filtrar el voltaje de salida. Si la frecuencia es suficientemente alta, pueden usarse inductores y condensadores pequeños. La mayoría de reguladores por conmutación operan entre 5 khz y 100 khz, de manera que los filtros son muy pequeños y livianos. En general, los reguladores conmutados son más pequeños, más livianos, más complicados y más c aros que los reguladores lineales; pero éstos ofrecen una mejor regulación y mayor rapidez de respuesta transitoria.

Fig ura 2.- Regulación del Ancho de Pulso (PWM )


3).- DESARROLLO 3.1. Fundamentos Teóricos Con los reguladores conmutados se emplean dos tipos básicos de regulación: frecuencia variable con ancho de pulso constante y frecuencia constante con ancho de pulso variable. En el primer tipo se usa una constante de tiempo para el interruptor y se varía la frecuencia para regular el voltaje; una frecuencia más alta para cargas pesadas y una frecuencia más baja para cargas pequeñas. Pero este tipo presenta un problema, es decir, la frecuencia variable hace que los armónicos producidos por el elemento conmutador sean difíciles de predecir, y a menudo se produce una interferencia inconveniente. El método de regulación por frecuencia constante con ancho de pulso variable, llamado PWM, el elemento conmutador permanece activo con las grandes cargas durante m ás tiempo que co n las pequeñas. El interruptor más común en los reguladores conmutados es el transistor bipolar, pero éstos están siendo reemplazados por los transistores MOSFET, ya que conmutan más rápidamente, no tienen tiempo de almacenamiento, y por lo tanto tienen, pérdidas menores en la conmutación. La alta impedancia de entrada de los interruptores de potencia MOSFET permite usar circuitos impulsores de más baja energía. También tienen más ventajas para la conmutación de fuentes de poder a frecuencias más altas. Estos interruptores de potencia se encuentran disponibles, capac es de conmutar alrededor de 9 A con 500 V a 28 A con 50 V. Otros interr uptores de más alta potencia están apareciendo con rapidez. Por íltimo parámetro a considerar es que la resistencia de operación de un MOSFET de potencia tiene un coeficiente de temperatura positivo, a diferencia del transistor bipolar cuyo coeficiente de temperatura es negativo. De manera que los MOSFET son menos propensos a los corrimientos tér micos.

Configuración Básica de una Fuente Conmutada Reductora En la figura 3, se muestra el inversor reductor . Proporciona un voltaje de salida de cualquier valor menor que el de entrada. El voltaje de salida depende del Vent y de la relación del transistor en el tiempo (tc ) y el periodo de conmutación (t ).

 tc    

Vsal = Vent 

(Ec.1)

τ

Donde tc = tiempo de o peración del tra nsistor t = tc + to = período to= tiempo del transistor fuera de operación

Figura 3.- Regulador Conmutado Reducto


Su funcionamiento es como sigue. Cuando Q1 está en operación, la corriente del inductor L pasa por Q1 y R L * IL sube a razón de VL / L. El voltaje a través de L es V ent – VCE (sat)Q1 – Vsal. Durante tc el inductor se carga a una corrient e de pico de Ip:

Ip

=

Vent − V CE ( sat ) Q1

− Vsal

L

(Ec.2)

C proporciona corriente de carga hasta que IL > Isal. Cuando Q1 queda fuera de operación, el campo magnético de L que se desploma, hace que su polaridad se invierta y L se convierte en fuente para la carga. L se descarga a través de D que está polarizado en directo debido a la inversión de polaridad de L, R L y C a razón de VL / L. El voltaje a través deL es ahora Vsal * VD. L suministra corriente al condensador y a la carga hasta que IL < Isal, después de lo cual C suministra la corriente de carga. Q1 entrará nuevamente en operación justo antes de que IL =0. La corriente máxima de salida de la fuente es la mitad de Ip, la corriente de pico del inductor. La corriente media a través de L durante tc debe ser igual que durante to. La relación tc / to se ajusta para suministrar la corriente de carga y el voltaje necesarios. El inductor puede calcularse si se recuerda que debe suministrar la corriente máxima de salida durante el tiempo en que el transistor está fuera de operación, to. A partir de la muy conocida relación VL = L (?I / ?t), se puede encontrar L en la forma siguiente:

 ∆t  = (Vsal + V D )to  Ip  ∆ I 

L = V L 

(Ec. 3)

El condensador de filtro puede d eterminarse si se recuerda que

C =

Q V

=

It I ∆t V

=

(Ec. 4)

∆V

Puesto que C debe suministrar Isal durante ½ tc + ½ to aproximadamente y la corriente máxima suministrada es Isal = 0.5 Ip, puede encontrarse C si se sustituyen los valores para obtener

C =

Ip / 2(tc / 2 + to / 2) Vond

=

Ip (tc + to)

(Ec. 5)

4 *Vond

Donde Vond es la ondulación pico a pico. La corriente media de salida debe igualar a la corriente media de carga del inductor durante tc. La corriente de inductor durante un tiempo t es VL (t/L). Al igualar las corrientes de carga y descarga

2(Vent − V CE ( sat ) − Vsal )tc = 2(Vsal + V D )to L

L

(Ec.6)

Se obtiene

tc to

=

Vsal + V D Vent − V CE ( sat ) − Vsal

(Ec.7)


Eficiencia Si no se consideran las pérdidas de conmutación, la eficiencia puede determinarse por la siguiente expresión:

Ef =

Psal Pent

=

Vsal Vsal + V CE ( sat ) − Vsal

(Ec. 8)

3.2. Diagrama a Bloques General El siguiente diagrama a bloques de la figura 4, des cribe de una manera ilustrativa el funcionamiento de la Fuente Conmutada Regulable y Manipulada por la PC:

Fig ura 4 .-Diagr ama a Bloques General De manera breve para obtener un voltaje DC de entrada no regulado se observa que se necesitan de cuatro bloques que son: la toma de 127 VAC de pared, reducción de la toma a 48 VAC, una etapa de rectificación y una etapa de filtrado. Una vez obtenido el voltaje DC no regulado de entrada se introduce a la etapa de regulación conmutada de reducción, que a su vez responde y regula su voltaje de salida por la señal de control PWM que es proporcionada por la etapa del microcontrolador. El bloque del microcontrolador tiene adherido a él dos bloques que realizan la función de interfaz por hardware entre el usuario y el equipo, el bloque del teclado y el bloque de la pantalla LCD, con el primero el usuario puede hacerle saber al equipo, la función que desea


realizar y darle las órdenes necesarias; y con el segundo, el equipo puede hacerle saber al usurario, de forma visual, que instrucciones recibió, en que proceso está y el despliegue de los resultados obtenidos. También se observa en el diagrama a bloques que el microcontrolador maneja dos señales de control que tienen que ver directamente con la regulación del voltaje de salida, una señal es una muestra del voltaje de salida regulado, se retroalimenta al microcontrolador, éste a su vez procesa la señal la compara con el valor deseado y ejecuta los cambios necesarios a la señal de control de regulación PWM; este proceso se verifica todo el tiempo con el fin de realizar las correcciones necesarias en tiempo real y mantener una salida fija al voltaje de salida deseado por el usurario. Por último se anexa un bloque de acoplamiento de interfaz serial, el cual permite que el equipo pueda ser manipulado por la PC desde un software de interfaz visual gráfico implementado en el ordenador, éste último por medio del software orientado a objetos hechos en “Vis ual Basic 6.0”.

3.3. Análisis y Diseño de Cada Bloque 3.3.1. Reducción de AC En la etapa de reducción de la toma de 127 VAC es muy sencil la ya que se hace uso de un transformador de bajada de 127 VAC a 30 VAC con una corriente de salida en el devan ado secundario de 3 A, estos datos son propo rcionados por el proveedor ó el fabricante. Se elige con éstas características ya que se desea que la fuente conmutada sea capaz de proporcionar un voltaje de salida de 30 VDC con un suministro de corriente máxima de 3 A, a plena carga. Esto se ilustra en la figura 5:

INTERRUPTOR

F1

ip=(Vs*is)/Vp V1

T1 TS_RF2

1 A

127 Vpk 60 Hz 0Deg

127

VAC

30VAC/3A

(Ec. 9)

iF1=(30VAC*3A)/127VAC iF1 = 0.708 A se deci de pone r un fusible de 1 ª por los picos que se generan en la toma de 127 VAC.

Figura 5 .- Etapa d e Reduc ción.

3.3.2. Rectificación El siguiente paso en la construcción de una fuente de alimentación de DC consiste en convertir el voltaje de AC secundario menor del transformador en un voltaje de DC pulsante. Esto se logra mediante diodos rectificadores de silicio. En la figura 6, se puede observar cuatro diodos rectificadores conectados en la forma que se conoce como puente rectificador de onda completa; están conectados con las terminales 1 y 2 del transformador de la figura 5. Cuando la terminal 1 es positiva respecto a la terminal 2, los diodos D1 y D2 conducen; cuando la terminal 2 es positiva respecto a la terminal 1, conducen los diodos D3 y D4. Como resultado, se obtiene entre las terminales de salida un voltaje de DC pulsante.


INTERRUPTOR

F1

V1

T1 TS_RF2

1 A

127 Vpk 60 Hz 0Deg

127

VAC

D3 30VAC/3A

2

4

D1 1 D4

D2

Señal Pulsante de salida Vmax = 48 V

3 1B4B42

Figu ra 6.- Etapa de Rectif icación.

3.3.3. Filtrado El voltaje pulsante de DC de la figura 6, no es DC pura, por lo que hay que conectar unos capacitores en las terminales de salida de DC del puente rectificador. Estos capacitores filtran las pulsaciones de DC y producen un voltaje de DC en la salida, casi totalmente puro. Este es el voltaje no regulado que alimenta a la carga. Es característico colocar valores de capacitor altos para aterrizar frecuencias relativamente bajas por encima de la frecuencia de línea de 60Hz, estos valores son de 2200 uf / 50v y 100 uf / 50v. Y para lograr un mejor filtrado se utilizan valores de capacitores pequeños en paralelo a los primeros filtros, con el fin de aterrizar frecuencias mayores que la frecuencia de línea, éstas frecuencias pueden ser del rizo provocado y armónicas, los valores recomendados son de 1uf / 50v y 0.1 uf / 50 v. Ver la figura 7:

INTERRUPTOR

V1 127 Vpk 60 Hz 0Deg

F1 T1 TS_RF2

1A

127 VAC

D3 30VAC/3A

4 D2

2

D1 Señal Pulsante de salida Vmax = 48 V 1 D4

3 1B4B42

C1 2.2mF

C2 100uF

C3 1uF

C4 1uF

+48VDC

Fig ura 7.- Etapa de Filtrado. El puente de diodos tiene la propiedad de soportar el paso hasta 4 A, ya que la fuente conmutada podrá suministrar hasta 3 A, en tonces se coloca un poco sobra do por los picos que existen en la línea.

3.3.4. Suministro de Alimentación En este proyecto se hace uso de un regulador positivo de 5VDC CI LM7805 y un regulador positivo 12VDC CI LM7812. Para conectar este tipo de reguladores adecuadamente, se necesita conocer las especificaciones del fabricante, en ellas se encuentran los datos, información y hasta diagramas de conexiones electrónicos para un mejor uso del dispositivo regulador lineal. Ver las especificaciones, en el anexo 1 . Una vez que se ha estudiado y comprendido las hojas de especificaciones del fabricante, se procede a poner en prácti ca al dispositivo. Basándose en el circuito de aplicación est ánd ar, implementar estos reguladores


suministrando un voltaje de entrada no regulado de +48VDC, y obtener 5 VDC en la salida del regulador LM7805 y 12 VDC en la salida del regulador LM7812. Ver el diagrama de conexiones siguientes en la figura 8:

Figura 8 .- Suministro de Alimentación +5 vdc y + 12v dc..

3.3.5. Teclado Para el desarrollo del teclado se utiliza un teclado matricial que está formado por 3 filas y 4 columnas, con ellas se generan 12 teclas, en donde las primeras 10 son los números del 0 al 9 y las otras dos teclas se utilizan como el (*) y (#). La configuración interna de un teclado matricial se muestra en la figura 9 (a) y su aspecto físico se ilustra en la figura 9 (b).

a)

b)

Figura 9 .-a) Esquema inte rno del teclado matricial; b) Vista externa del teclado matricial. Una vez que se cuenta con el teclado, se necesita un circuito codificador que sea capaz de identificar la tecla oprimida y proporcionar un código binario como respuesta. Para esto se hace uso del CI MM74C923, este circuito realiza la función descrita ya que al oprimir una tecla se interconectan una fila Y con una columna X e inmediatamente el circuito codificador da un código binario como respuesta, correspondiente a la fila y columna interconectadas.


Una vez que se ha estudiado y comprendido las hojas de especificaciones del fabricante, ver anexo 2, se distinguen las principales características por la que se elige trabajar con el CI MM74C923:

• • • • •

Rango de alimentación 3 – 15 V. Permite un teclado de 20 teclas, 5 filas 4 columnas. Tiene un bus de dato s de 5 bits. Contiene un circuito eliminador de rebotes . Maneja una bandera que se activa a estado alto cada vez que ocurre una codificación.

En la figura 10 (a) se ilustra la tabla de verdad del CI MM74C923 y en la figura 10 (b) se ilustra el esquema electrónico de conexiones necesario para el proyecto:

(a)

(b) Figu ra 10 .-a) Tabla de Ver dad; b) Esquema electrónico del Teclado.


3.3.6. Pantalla LCD Estudiadas y comprendidas las hojas de datos del fabricante, se describen las características más importantes que son: La pantalla de matriz de cristal líquido dispone de un espacio para 16 caracteres, cada uno de ellos de 5 x 8 píxeles y cursor. Se conecta directamente a un microprocesador o a un microcontrolador mediante un bus de 3 bits de control y otro de 8 bits de datos. El consumo del módulo es muy reducido (7,5 mW) y su fácil manejo lo hacen un producto ideal para dispositivos que necesita una capacidad de visualización pequeña o media. El módulo LCD tiene 14 patitas. La alimentación es de +5v, y la regulación del contraste se realiza mediante un arreglo divisor de tensión de los +5v con un potenciómetro de 20kO. Las tres líneas de control son E (Habilitación), I/D (Instrucción/Dato) y R/W (Lectura /Escritura). Los comandos se envían como en grupos de 8 bits (DB0 a DB7), la pantalla se comunica mediante un bus de 11 líneas de entradas y salidas. Las líneas de datos son de tres estados y pasan a alta impedancia cuando la LCD no est a activada. A continuación se muestra la configuración de los pines de la pantalla de LCD

Tabla 1.- Configuración de pines de la pantalla LCD. Enseguida se ilustra el esquema electrónico de conexiones de la pantalla al microcontrolador en la figura 11.


Figura 11.- Conexión Pantalla LCD a Microcontrola dor

3.3.7. Microcontrolador Debido a las necesidades del proyecto se requiere un microcontrolador que tenga los recursos necesarios para dar un soporte completo a todo el sistema, ya que él tendrá el control completo del sistema tanto para manejar los periféricos de entrada / salida, los bloques actuadores, señales analógicas y manejar una comunicación entre una PC y el mismo equipo. Para tal función se ha elegido el microcontrolador AT90S8535 el cuál cumple con todas las necesidades y exigencias del sistema. Los principales recursos que presenta este Microcontrolador se enuncian en el anexo 3 .

Algoritmo del programa a cargar al microcontrolador 1) El microcontrolador controlará un par de periféricos de entrada / salida dos bloques que realizan la

2)

función de interfaz por hardware entre el usuario y el equipo, el bloque del teclado y el bloque de la pantalla LCD, con el primero el usuario deberá hacerle saber al equipo, la función que desea realizar y darle las órdenes necesarias; y con el segundo, el equipo puede hacerle saber al usurario, de forma vis ual, que instrucciones recibió, en que proceso está y el despliegue de los resultados obtenidos. El microcontrolador será capaz de leer 3 señales analógicas, es decir, una muestra del voltaje regulado de cada salida, que entran en los ADC internos, respectivamente.


3) Este a su vez procesará la señal la compara con el valor deseado y ejecutará los cambios necesarios a las

4) 5)

tres señ ales de control de regulación PWM generadas por el microcontrolador; este proceso se verificará todo el tiempo con el fin de realizar las correcciones necesarias en tiempo real y mantener una salida fija al voltaje de salida deseado por el usurario en cada salida de la fuente conmutada. Por último controlará una comunicación serial entre el ordenador y el equipo. El cual permite que el equipo pueda ser manipulado por la PC desde un software de interfaz visual gráfico implementado en el ordenador, éste último por medio del software orientado a objetos hechos en “Visual Basic 6.0”. Por último el microcontrolador será capaz de detectar un corto circuito en cualquiera de las salidas de la fuente y tomar la acción de proteger al equipo, deshabilitando todas l as salidas a cero voltios. Además de mandar un texto en la pantalla LCD que de el aviso de “corto circuito en la fuente, reiniciar s istema”.

El algoritmo del programa cargado al microcontrolador se ilustra con el siguiente diagrama de flujo, figura 12.


Figu ra 12 .- Diagrama de flujo.

NOTA: Por razones obvias el autor del texto se reserva el derecho de publicar el programa embebido en el microcontrolador para el funcionamiento del equipo. 3.3.8. Regulador conmutado

Figu ra 13.- Etapa de Reg ulación.


3.3.9. Interfaz Serial Para la comunicación serial se utiliza un cable con terminales DB9 uno a uno en donde solo participan tres hilos, el primero es Trasmisión (TXD), el segundo es Recepción (RXD) y el tercero es Com ún (TIERRA). Debido a que la computadora maneja niveles lógicos diferentes a los del equipo fuente conmutada, se hace uso de un circuito de acoplamiento de interfaz cereal que su única función es acoplar los niveles lógicos adecuados en la comunicación cereal entre la PC y el equipo. Cabe señalar que el 1 lógic o de la PC tiene un nivel de -12B y el 0 lógico de la PC es +12B. El circuito emp leado se ilustra en la siguiente figura 14.

Figu ra 14.- Circuito de a coplamiento serial.

3.3.10. Manipulación por la PC Para diseñar la interfaz grafica visual se necesita de un programa orientado objetos como en este caso Visual Basic 6.0. Que consiste en colocar objetos gráficos y programar la acción que desea el programador que realice. La interfaz grafica para la fuente conmutada queda de la siguiente manera:


Figura 15.- Interfaz gráfica.

NOTA: Por razones obvias el autor del texto se reserva el derecho de publicar el programa hecho para controlar la interfaz gráfica de Visual Basic 6. 3.4. Funcionamiento • Encender y apagar la fuente de alimentación: Conecte la fuente de alimentación a la corriente alterna y después pulse el interruptor ON / OFF para encenderla.

•

Elección del menú para hacer la petición de voltaje en la fuente por medio de los controles del Equipo:

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Pulse en la tecla (#) para elegir el menú de petición de voltaje. Elija la opción 1, 2 ó 3 según la salida deseada. Escriba la cifra para pedir el voltaje que se desea, no mas de 30 voltios ni m enos de 0 voltios. Pulse la tecla (*) para dar ENTER y se cargue el voltaje deseado en la salida seleccionada. Para hacer otra petición ya sea en la salida de la fuente 1, 2 y 3 realice los mismos pasos mencionados. Para reiniciar la fuente solo APAGUE la fuente.

•

Elección del menú para hacer la petición de voltaje por medio de la PC.

1. 2. 3. 4. 5.

Conecte el cable de interfaz al puerto serial de la computadora. Conecte el cable serial de interfaz a la fuente de alimentación. Abra el software orie ntado a objetos hecho e n Visual Basic, de peticiones de voltaje. Corra el software de peticio nes. Trabajar con el programa:


Ø

Esta parte del programa diseñado tiene la función de un teclado donde se hará la petición del voltaje deseado los botones están programados de la siguiente manera, como se ve en la figura, los números sirven solamente para armar la cifra, el (#) inicializa la fuente la pone en posición de menú donde empiezas armar la cifra deseada y el asterisco (*) funciona como ENTER , cuado haces clic sobre el, manda la información al microcontrolador del equipo y le dice que empiece a regular el voltaje que se pidió. La opción de NUEVO VOLTAJE limpia la pantalla donde se armo la cifra y es tá listo para arma r el nuevo valor y cargarlo a la salida de la fuente seleccionada. TXD es la bandera indicadora de que la transmisión de los datos que se le mandan al micro desde la PC fue enviada con éxito.

Ø

Por ult imo para dejar de correr el programa existe la opción Salir, dando clic deja de correr el programa.


4).- RESULTADOS 4.1. Conclusiones 4.2. Recomendaciones Ø Este software fue diseñado en Visual Basic lo cual se deberá correr en este programa , el programa de fuente2. 5).- RECOMENDACIONES GENERALES

• • • • • • •

Para reducir el riesgo de descarga eléctrica, no retire la cubierta (o parte del chasis) cuando este en uso. Las piezas de adentro no necesitan mantenimiento del usuario. Para evitar daños que podrían resultar en peligro de incendio o descarga eléctrica no exponga este aparato al agua. Siempre tenga mucho cuidado cuando use el aparato. Para disminuir el riesgo de una descarga eléctrica u otros daños, asegúrese que este bien conectado el aparato y que no estén sus terminales en corto (salidas de voltaje). Carga máxima a conectar 3 Amp. Asegúrese de que no haya ningún corto en el circuito que valla a alimentar. Desenchufe el aparato de la toma corriente cuando haya terminado su trabajo. Siga todas las instrucciones de uso y funcionamiento.

6).- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Comunicación personal con el Ing. Gabriel Ruiz Gonzále s, 2002. [2] Comunicación personal con el Ing. Isaac Contr eras, 2002. [3]Apuntes de materia Diseño con Electrónica Integrada. [4] Apun tes de materi a Electrónica II. [5]http://es.wikipedia.org/wiki/Regulador conmutado [6]http://proton.ucting.udg.mx/materias/ET201/index.html [7]http://www.alldatasheet.com [10] Hoja de datos AT90LS8535 de ATMEL. [1] Luces M. Faulkenberry / Introducción a los Amplificadores Operacionales /Editorial Limusa S.A. de C.V. /1996/ Ca p. 10 pag.349 – 353; cap.10 pag. 396 - 405 y 41 1 - 416. [1]Robert F. Coughlin, Frederick F. Driscoll / Amplificadores Operacionales y CI lineales / Pearson Educación / 1997 / Pág. Cap.15 442 – 465 .


ANEXO 1: Hoja de datos de los CI LM7805 Cualidades del dispositivo:

y LM7812:

Máximos rangos a temperatura de 25°C:

Encapsulado y distribución de t erminales:


Circuito de aplicación estándar y circuito de prueba:

Características eléctricas:



ANEXO 2: Hoja de datos de los CI MM74C923:




ANEXO 3:



Fuente Conmutada Regulable y Manipulada Por La PC[1]

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