Optotransistor de encapsulado ranurado(fotografia)
KTIR0421DS Optoacoplador; diafragma a ranura; Sal: circuito Darlington | INFO | PDF El productor : KINGBRIGHT ELECTRONIC Denominación de fabricante: KTIR0421DS
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Por otro lado, las sofisticadas tecnologías que cada vez con mayor fuerza se orientan hacia el campo de la domótica, junto al desconocimiento de los beneficios reales que ésta reporta a la sociedad, hacen parecer muy complejas y costosas sus aplicaciones. Tendiendo en cuanta estos antecedentes se realizó el diseño de un sistema de control inteligente para una habitación genérica utilizando la tecnología de los microcontrolador PIC debido a su popularidad, potencialidad y bajo costo. Para su desarrollo adecuado, el proyecto se orientó sobre la base de los siguientes objetivos: Introducir los conceptos fundamentales sobre domótica, para incentivar su conocimiento y mostrar la importancia de esta disciplina en mundo moderno. Diseñar una aplicación domótica de bajo costo basada en la automatización de una habitación genérica con un microcontrolador PIC de la familia Microchip que contribuya al ahorro de energía, de recursos, y al confort. Desarrollar una aplicación real utilizando herramientas computacionales de ayuda al diseño práctico ( Mplab y Proteus).
METODOLOGÍA El proyecto se realizó para una habitación genérica que presenta la siguiente estructura, como muestra la Figura 1:
Un Aire Acondicionado. Un Calentador de Agua. Sistema de Iluminación. Una Puerta de Entrada. Una Puerta de Balcón o Terraza. Un baño.
Figura 1. Vista del prototipo de la habitación.
Aunque existe gran variedad en cuanto al diseño de las habitaciones en el sector hotelero cubano, la seleccionada como prototipo se encuentra ampliamente diseminada por todo el país. En la Figura 2 se observa la imagen de una habitación real de un hotel de la costa sur de Cuba con características similares a las descritas.
Figura 2. Habitación Hotelera de Cuba. Especificaciones El sistema de control se desarrolló basado en los conceptos fundamentales de la domótica y con las exigencias de confort y gestión energética del sector hotelero cubano, por lo cual el circuito y l a programación diseñada, proporcionan las siguientes prestaciones: Control diferenciado de la temperatura de la habitación en dependencia de los horarios del día. El sistema regula automáticamente la temperatura del local a un valor de confort de acuerdo a l os horarios del día, la noche o la madrugada, y además, configurable mediante un teclado. Los horarios son: Madrugada: Horas comprendidas entre las 12:00 AM y las 6:00 AM. Pico: De 6:00 PM a 10:00 PM Resto del día: De 6:00 AM a 6:00 PM y de 10:00 PM a 12:00 AM Protección del aire acondicionado. Cuando alguna de las puertas de la Entrada o de la Terraza quedan abiertas por más de 5 minutos, el sistema desconecta de la red el aire acondicionado para protegerlo del sobreconsumo. Función de Reloj: Visualización de la hora actual en la línea superior del módulo LCD 16X2 en el formato hh:mm:s, que incluye AM o PM y su actualización a través del teclado. Función Termómetro. Medición de la temperatura ambiente de la habitación y su visualización en la línea inferior del módulo LCD 16X2. Control de la temperatura del calentador de agua. Regulación de la temperatura del agua a 45 ºC durante el modo de operación normal y a temperatura económica cuando el huésped se encuentra fuera de la habitación (Modo Stand By) o mientras el huésped se encuentra dormido (Modo Huésped Dormido). Es configurable mediante el teclado. Control de iluminación. Conexión/desconexión automática de las luces en función de la presencia ó cuando las personas duermen. En cualquiera de los casos en que el aire acondicionado sea conectado nuevamente a la red, el sistema realiza una espera de 3 minutos. Las funciones descritas anteriormente se ejecutan mediante cinco modos de trabajo fundamentales que son: Modo de Configuración. Es el modo donde se consigue la configuración de los parámetros técnicos mediante dos teclas. Aquí se definen las temperaturas de confort para cada horario, el tiempo de Stand By, las temperaturas económicas para la habitación y el calentador de agua y se actualiza la hora. Modo Normal de Operación. Es el modo de trabajo que garantiza el normal funcionamiento del sistema cuando el huésped se encuentra dentro de la habitación y el sistema trabaja con las temperaturas de confort predefinidas. Modo Stand By. Es un modo temporizado en horas y configurado por el teclado a partir del momento en que el huésped abandona la habitación. En tales condiciones, el sistema garantiza durante este período de tiempo el apagado automático de las luces y el control de las temperaturas de la habitación y del calentador de agua a los valores económicos predefinidos. Se asegura así un mínimo de confort por ausencia y un ahorro energético considerable, evitando además, los "picos" de consumo que genera la conexión del sistema de climatización cuando el huésped retorna del exterior lo cual representa una protección adicional para el equipo. Modo Huésped Dormido. El sistema detecta que el huésped se ha quedado dormido y procede a la desactivación de las luces y a regular el calentador de agua a la temperatura económica predefinida. De este modo se garantiza un mínimo de confort y un ahorro adicional de energía durante un período de tiempo no despreciable. En caso que el huésped despierte, el sistema de control retorna al modo normal de operación. Modo Deshabilitado. La habitación pasa a este modo después de vencido el tiempo de Stand By donde el sistema desconecta totalmente el aire acondicionado, las luces y el calentador de agua, brindando un ahorro total de energía a partir de este momento.. Si se tiene en cuenta que el precio de una habitación turística no responde directamente al consumo variable de energía eléctrica y que según las estadísticas, la mayoría de los huéspedes están fuera el 60% del tiempo lo cual deja mucho tiempo para el mal gasto, se puede inferir que la implementación del sistema de control representa un importante aporte al ahorro energético sin comprometer el confort requerido. Circuito de Control
El circuito de control es relativamente sencillo, fácil de programar e implementar en la práctica. En la Figura 3 se muestra su diagrama de bloques general.
Figura 3. Esquema de cableado de la aplicación. Inicialmente se realizó un estudio de mercado de los diferentes componentes y dispositivos electrónicos disponibles para conformar adecuados criterios de selección que contribuyeran a la reducción de los costos. El procesador seleccionado es el microcontrolador PIC 16F870 de la firma Microchip, cuya utilización brinda gran facilidad y flexibilidad en la programación, fiabilidad, sencillez circuital y bajo costo. El convertidor análogo digital multicanal de 10 bits de resolución que presenta el PIC, digitaliza las señales provenientes de los dos sensores LM35, encargados de la medición de las temperaturas del local (U1) y del calentador de agua (U2). El LM35 proporciona una alta linealidad de salida de 10 mV por cada grado centígrado en un intervalo de temperatura desde -55 a 150 ºC. No necesita calibración externa, es de bajo costo y labora con la alimentación entre 4 y 30 voltios. Para la detección de presencia dentro de la habitación se utilizó un detector piroeléctrico infrarrojo de movimiento (PIR) con salida por relé. Su ángulo de detección de 180°, su alcance de 6 metros y una adecuada ubicación dentro del recinto, hacen que se requiera un solo un dispositivo de este tipo. Como la distancia entre el sensor y el PIC puede resultar relativamente larga, la conexión se realiza a través de un optoacoplador L/4, que al actuar sobre un transistor , lo corta o satura para darle los niveles requeridos al terminal AN2 del PIC. Los dispositivos de acoplamiento óptico son muy útiles en los sistemas con Microcontroladores PICs, ya que permiten protegerlo debido a su capacidad de aislar eléctricamente lo scircuitos de entrada y salida, además de una alta velocidad de conmutación y la ausencia de rebotes. El estado (abierto o cerrado) de las puertas de entrada y de la terraza, se obtiene mediante la utilización de dos sensores magnéticos. También se utilizaron dos optoacopladores adicionales L/5 y L/6 debido a la distancia. El voltaje de salida de estos optoacopladores sitúa en corte o saturación a los transistores correspondientes, obteniéndose así los niveles de voltajes requeridos en los terminales AN4 y AN5 del PIC donde se censa el estado de esas variables en cuestión. Las variables de salida son activadas mediante relés manejados por transistores para la conexión/desconexión de los elementos consumidores que son las luces L/8, el aire acondicionado L/9 y el calentador de agua L/10. Finalmente, un módulo LCD L/7 (multiplexado a 4 bits), es conectado a los terminales restantes del PUERTO B del PIC para visualizar todos los datos (Hora y Temperaturas). El ajuste de los valores críticos del sistema se realiza mediante dos teclas (SET y UP): una para el cambio de ventanas de configuración, y otra para el ajuste del parámetro respectivamente. El diagrama circuital del sistema de control inteligente para habitación se detalla en la figura 4. Se pueden observar todas las interconexiones descritas en su vinculación con el microcontrolador PIC.
Figura 4. Diagrama circuital del sistema de control para una habitación inteligente. Programa de aplicación. El programa de aplicación se realizó en e l lenguaje ensamblador del Microcontrolador PIC16F870 de la firma Microchip. El reloj del sistema es de 4 MHz (Megahertz) , por lo cual cada instrucción se ejecuta a una velocidad de 1 &µseg (microsegundo). Se emplearon con excelentes resultados las herramientas computacionales MPLAB y PROTEUS para l asimulación y puesta a punto. El programa principal básicamente es un lazo de subrutinas que se repiten indefinidamente y cuyo diagrama de flujo aparece en la Figura 5.
Figura 5. Diagrama de bloques general. Las interrupciones constituyen uno de l os mecanismos más importantes para la conexión del procesador con el mundo exterior, permitiendo su sincronización con acontecimientos internos y externos. En este caso se producen por ambos eventos, los cuales son: Interrupción interna por desbordamiento del temporizador TMR0 cada 4 mseg. (milisegundos) que crea una base de tiempo de 1 segundo utilizada por todos los procesos de temporización. Interrupción Externa por el terminal RB0/INT del PIC16F870 al oprimirse la tecla SET, encargada de la programación del reloj de tiempo real y de los parámetros técnicos fundamentales. El diagrama de bloques de la subrutina TEMPORIZACIÓN, encargada de crear la base de tiempo general de 1segundo, se muestra en la Figura 6.
Figura 6. Subrutina TEMPORIZACIÓN. Solo dos teclas son requeridas para la configuración de todos los parámetros técnicos. Cada vez que es presionada la tecla SET, se le solicita interrupción al procesador donde se ejecutan las subrutinas RECONFIGURAR, para el ajuste de los parámetros técnicos, y ACTUALIZA _ RELOJ, para ajustar la hora si es necesario. Durante el proceso de configuración, la tecla UP muestra en el visualizador LCD una página diferente para ajustar el parámetro. Tales páginas se visualizan en el siguiente orden: Página 1: Ajuste Temperatura Madrugada (º C). Página 2: Ajuste Temperatura Hora Pico (º C) Página 3: Ajuste Temperatura Resto Día (º C). Página 4: Ajuste Temperatura Stand By (º C) Página 5: Ajuste Temperatura Calentador St-By (º C) Página 6: Ajuste Tiempo Stand By (Horas) Página 7: Ajuste Hora (Horas, Minutos, AM/PM) La correcta actualización de las horas y los minutos del reloj garantizan un funcionamiento de autonomía correcto, ya que el control de la temperatura y por tanto, el confort térmico dentro de la habitación y del calentador de agua, dependen de la hora específica. El diagrama de bloques de la Subrutina de Servicio a Interrupción RSI se muestra en la Figura 7.
Figura 7. Subrutina de Servicio a Interrupción (RSI) Al concluir el proceso de configuración de los parámetros, el sistema pasa al Modo Normal de Operación, visualizándose en el LCD la hora actual (línea superior), y la temperatura en º C del local (línea inferior) como muestra la figura 8.
Figura 8. Display LCD 16X2 visualizando Hora y temperatura. Para los diferentes procesos de tiempo que necesita el sistema inteligente, se crearon 7 contadores que funcionan sobre la base de tiempo de 1 segundo y que se resumen en la Tabla 1: CONTADOR
DESCIPCIÓN
CONT_2seg
Contador de 2 segundos. Actualización del estado del detector de movimiento.
CONT_5min
Contador de 5 minutos. Protección del aire acondicionado por puertas exteriores abiertas.
CONT_1hora
Contador de 1 hora. Determinación que el huésped esta dormido.
CONT_3min
Contador de 3 minutos. Encendido del aire acondicionado, después de apagado.
CONT_1horaSB
Contador de 1 hora. Conteo de las horas del modo Stand By.
CONT_P3min
Contador de 3 minutos. Encendido del aire acondicionado, después de su desconexión por protección de 5 minutos.
CONT_STBY
Contador programable (en horas) para el tiempo del modo Stand By.
Tabla 1. Contadores del sistema y sus funciones. Se diseñaron además los registros indicadores, cuyos bits activan los diferentes contadores de tiempo y también describen cada situación que se puede presentar en la habitación. Estas banderas son activadas/desactivadas en cada subrutina y finalmente
analizadas en la subrutina DECIDIR, donde se toman las decisiones finales para la conexión/desconexión de los diferentes elementos consumidores y efectuar el control inteligente.
RESUL TADOS Y DISCUSIÓN Durante la etapa de programación y puesta a punto del sistema, se utilizaron básicamente las herramientas MPLAB y PROTEUS, que incidieron considerablemente en la obtención de los objetivos trazados. Estos programas fueron desarrollados para el trabajo con microcontroladores, y además de su facilidad de programación y uso, tienen la ventaja de complementarse facilitando el desarrollo de las aplicaciones. PROTEUS es un entorno integrado diseñado para la realización completa de proyectos de construcción de equipos electrónicos en todas sus etapas, es decir, diseño, simulación, depuración y construcción. Sus reconocidas prestaciones lo han convertido en el programa simulador más empleado en microcontroladores PIC, por encima de las herramientas qu eoferta el propio fabricante. En este caso se empleó en mayor medida el entorno de diseño gráfico ISIS para esquemas electrónicos, que es extremadamente fácil de utilizar y está dotado de poderosas herramientas para viabilizar el trabajo del diseñador en combinación con MPLAB IDE. La utilización de ambas herramientas proporciona un porcentaje elevado de certeza de su correcto funcionamiento, lo cual ofrece gran confianza para pasar al proceso de grabación y montaje del circuito.
CONCLUSIONES Durante el análisis de la aplicación se presentan los conceptos más importantes sobre Domótica, y los aspectos económico-sociales que fundamentan la necesidad de diseñar un sistema de control inteligente autónomo para habitaciones, con m ejor relación costo/beneficio que las variantes existentes en la actualidad en Cuba. Además, se utilizan con éxito las herramientas de diseño MPLAB y PROTEUS para el desarrollo y puesta a punto de sistemas con microcontroladores PIC. Como resultado del trabajo se dispone de un sistema de control autónomo para una habitación de fácil implementación y c on los elementos necesarios para brindar ahorro energético, un ambiente confortable y con bajos costos.
BIBLIOGRAFIA Bazán, C. (2004). Proyecto de automatización para Hotel Sol Club Ca yo Santa María . Proyecto de investigación , Universidad Central "Martha Abreu" de las Villas, Villa Clara, Cuba. Gorrin Cabrera, Osmel. (2004). Reflexiones sobre el consumo energético en el sector hotelero cubano. Disponible: http://www.gestiopolis.com/recursos/documentos/fulldocs/ger1/conenhotcuba.htm. Henao Merchán, Óscar David. (2006). Hardware y Software Domótico. Universidad Pontificia Bolivariana. Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica. Rivero, M., Valdez, E., Escartin, V. (2001). Aplicación de un dispositivo Lógico Programable para el ahorro de energía. Proyecto de Investigación, Centro de Investigaciones en Microelectrónica. (CIME), Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, La Habana, Cuba. Torres Herrera, José Raúl. (2009). Habitación Inteligente con Microcontrolador PIC . Tesis de Maestría en Electrónica. Centro Desarrollo Electrónica. Universidad Central Las Villas. Autor: José Raúl Torres Herrera Ingeniero en Equipos y C omponentes Electrónicos Emilio González Rodríguez Titular Universidad Central "Marta Abreu" de Las Villas. Partes: 1, 2
Leer más: http://www.monografias.com/trabajos81/sistema-control-inteligente-habitacion/sistema-control-inteligentehabitacion2.shtml#ixzz2qyeHyyY4
Como conectar dispositivos a un microcontrolador Posted on 15 septiembre 2010 by inventable 2 Comments Leave a comment
Cuanto se presenta la exigencia de conectar dispositivos externos a un microcontrolador como por ejemplo sensores, a menudo se opta simplemente por la conexión directa, es decir, el cable de señal de salida del sensor a la entrada del micro. Este modo es valido solamente cuando la distancia entre ambos se reduce a unos pocos centímetros, cuando los niveles de señal son compatibles y cuando la alimentación es única. Si una de estas tres condiciones no se cumplen, el sistema obtenido puede funcionar en modo incorrecto, con falsos señales o inclusive, con el bloqueo del microcontrolador debido a interferencias o a diferencias de potencial entre los dispositivos. Un caso común donde se presenta este tipo de problemas es Arduino, piedra filosofal de una amplia comunidad de DIYers. Desde un punto de vista electrónico, Arduino consiste simplemente en una tarjeta con a bordo un microcontrolador Atmel, un convertidor RS232 a USB y un regulador de alimentación. Las entradas y las salidas del micro se encuentran disponibles directamente en los conectores de entrada/salida (in/out) si ningún tipo de aislamiento o filtro. Por lo tanto, si se usa Arduino en instalaciones complejas, con largos cables de conexión entre dispositivos, la cosa mas probable es que el microcontrolador se bloquee frecuentemente o no funcione como es debido.
Se pueden intercalar filtros RC, generalmente compuestos por condensadores y resistencias. Estos tienen las desventaja de una reducción de la banda pasante (la velocidad de la información que puede pasar en el tiempo) y por otro lado no resuelven el problema de las diferencias de potencial entre sistemas.
Sinking (NPN) y Sourcing (PNP) Una de las nociones menos consideradas cuando se trabaja en la conexión de sistemas electrónicos es el concepto de “Sinking a nd Sourcing” o, mas conocido como NPN y PNP. Sinking (NPN) y Sourcing (PNP) son términos que definen el tipo de conexión
digital entre unidades de control cuando se trabaja en corriente continua (DC) independientemente del tipo de dispositivo usado para la conexión (relé, transistor, etc.).
En la primer figura podemos observar una conexión del tipo Sinking o NPN en la cual la salida del dispositivo se conecta a masa cuando es activa, es decir cuando el transistor conduce. En este caso, la carga del dispositivo receptor se encuentra conectada a positivo para permitir un pasaje de corriente.
En la segunda figura se encuentra representada una conexión del tipo Sourcing o PNP en la cual el transistor de salida está conectado al positivo mientras que la carga del dispositivo receptor está conectada a masa. Observen que en el primer caso (Sinking) el transistor es del tipo NPN mientras que en el segundo (Sourcing) el transistor es del tipo PNP. Este es el motivo por el cual las dos configuraciones se llaman también NPN y PNP. Generalmente los dispositivos industriales disponen salidas de un tipo o del otro.
Fotoacopladores
Un fotoacoplador es un dispositivo compuesto por un fotoemisor como (por ejemplo un led) y un fotoreceptor encapsulados en un único chip. El fotoacoplador permite pasar un señal lógico a través de un “puente” luminoso y sin contacto eléctrico entre entrada y salida. Existen muchos tipos de fotoacopladores pero los mas comunes están constituidos simplemente por un led y un fototransistor come se observa en la figura. Cuando el led se enciende, el transistor pasa al estado de saturación. En la figura siguiente se puede observar el uso de un fotoacoplador para aislar la entrada de un microcontrolador. En estado de reposo, el interruptor está abierto y el led del fotoacoplador está apagado mientras el transistor, no recibiendo luz se encuentra en estado de corte. La entrada del micro se encuentra a nivel alto gracias a la resistencia de pull-up R2. Cuando se cierra el interruptor, empieza a pasar corriente por el led del fotoacoplador que se enciende, el transistor del fotoacoplador recibe la luz del led y pasa al estado de conducción llevando la entrada del micro a masa (estado bajo).
Se puede ver que los dos circuitos (el del led y el del micro) se encuentran alimentados por dos fuentes distintas (V1 y V2) y están completamente separados eléctricamente. Dadas las características del led (conduce en un solo sentido), este tipo de conexión se realiza solamente con entradas digitales con polaridad única. En el caso de corriente alternada o niveles de tensión analógicos, existen otras soluciones que no trataremos en este artículo.
Uso de fotoacopladores para la conexión Sourcing o PNP Ahora veremos un ejemplo práctico de proyectación en el cual conectaremos un sensor con salida PNP a una tarjeta con microcontrolador con entrada fotoacoplada. Como se puede observar en la figura, tenemos el sensor con salida PNP a la izquierda mientras que la tarjeta con microcontrolador está a la derecha. La conexión se efectúa con dos cables, el primero es la salida del transistor mientras el segundo es la masa del sensor. Para mantener perfectamente aislado el microcontrolador, las a limentaciones y las masas deben ser distintas.
Para calcular el valor de las resistencia R1 deberíamos conocer las características del fotoacoplador. En general, los modelos mas comunes necesitan de una corriente de led entre 2mA y 10mA mientras que, gracias a la alta impedancia de entrada del micro, R2 puede ser un valor entre 4,7K y 47K. En el caso el sensor sea alimentado con 12V y con una corriente por el led del f otoacoplador de 5mA obtenemos: R1
=
(V
R1
=
(12V-
– 0,2
Vpnp
–
-Vled) 1,2V)
/ /
I 5mA
R1 = 2120 ohm (aprox. 2,2K). La tolerancia de los fotoacopladores nos permite de mantener la resistencia de 2,2K aunque si la tensión de alimentación del sensor fuera entre 9V y 15V.
Fotoacopladores con conexión semi-aislada Cuando sensores y tarjeta con microcontrolador se alimentan con una sola fuente de alimentación, podemos usar una configuración Sinking (NPN) en la cual la masa es común a todos los dispositivos. No obstante, el aislamiento es parcial porque la alimentación es compartida, el optoacoplador “filtra” la entrada del micro que es el punto mas vulnerable respecto a las interferencias. Por lo tanto, este tipo de conexión es muy eficiente. La figura representa un sistema de este tipo.
Categories: didáctica
Notice: This work is licensed under a BY-NC-SA. Permalink: Como conectar dispositivos a un microcontrolador Introducción al OSC (Open Sound Control) – Tercera parte Calimaro: un robot “old style” – Tercera Parte
2 Comments 1.
Federico 15 abril 2011 a las 19:43 Muy Bueno,Ha sido es e mucha utilidad contar con esta informacion tan clara. Gracais.Responder
2.
1000ton 22 septiembre 2013 a las 03:56 Hola señores de inventable, bien por la publicacion de estos circuitos. Estoy iniciando en la reparacion de computadoras automotrices, es posible que publiquen un circuito de un generador de señales CKP Y CMP, son las señales indispensable para que trabaje la computadora, gracias chao………….. javascript:grin(‘:idea:’)
Hola, no se nada de estos generadores y por lo que he visto en internet, es necesario considerar los distintos modelos de automóviles ya que producen señales distintos entre si. Lamentablemente no puedo ayudarle
APLICACIONES TRANSISTORES
transistor en conmutación.
Tenemos un interruptor en posición 1, abierto: IB = 0 IC = 0 CORTE (el transistor no conduce) Recta de carga:
Esto era lo ideal, lo exacto sería:
Pero para electrónica digital no tiene mucha importancia ese pequeño margen, por lo tanto se desprecia. Interruptor en posición 2:
Finalmente tenemos una gráfica de la siguiente forma:
Aplicación: Si tenemos en la entrada una onda cuadrada.
Me invierte la Vsal, invierte la onda de entrada en la salida. Ese circuito se utiliza en electrónica digital.
A ese circuito le llamábamos "Circuito de polarización de base", que era bueno para corte y saturación, para conmutación. Pero este que hemos hecho no es exacto, lo exacto es:
Entonces se cogen los márgenes, pero como están muy separados se desprecia y no se le da importancia a ese pequeño error.
Transistores en circuitos con polarizacion de emisor
Si se quiere amplificar, se necesitan circuitos cuyos puntos Q sean inmunes a los cambios en la ganancia de corriente, esto es, interesa que el punto Q sea lo m ás estable posible. Para este propósito ahora se analizará el "Circuito de polarización de Emisor", que es el siguiente:
El propósito es amplificar, por esa razón el transistor tiene que trabajar en la zona ACTIVA. Como estamos en activa VBE = 0.7 V. Por lo tanto y viendo l
