Proyecto Tacómetro- Digitales II- Tejada

Laboratorio de Circuitos Digitales II

Laboratorio de Circuitos Digitales II Proyecto: Tacómetro Digital Alumnos: Asencio Aranda, Oscar Felipe Castro Torrejón, Jhoel Williams Saavedra Tarazona, Edison

Nombre del Curso: Circuitos Digitales II Código del Curso: 191064 Profesor: Ing. Guillermo Tejada Muñoz Fecha de Realización: 09 de Diciembre del 2013

Proyecto Tacómetro Digital


 CONTENIDO

Objetivos – Introducción Materiales e instrumentos Diagrama de Bloques Diseño del Circuito Simulación del Circuito Aplicaciones Conclusiones


Laboratorio de Circuitos Digitales II  Objetivos

 Diseñar un tacómetro digital que nos permita leer la frecuencia y/o revoluciones en un intervalo de tiempo, y que el resultado sea mostrado en los displays.  Conocer las aplicaciones del tacómetro digital  Obtener un presupuesto económico del producto

 Introducción En la actualidad se han desarrollado técnicas efectivas para el monitoreo y mantenimiento de la maquinaria de forma rápida y confiable que pone de todo en manos de la instrumentación para evitar grandes costos y poder hacer un mantenimiento predictivo. Los sistemas confiables para monitoreo y diagnóstico de maquinaria, provisto de señales de entrada de mediciones correctas, son muy apreciadas por su valor. Para medir la velocidad por ejemplo, se cuentan con diversos equipos entre ellos el tacómetro. El tacómetro es un dispositivo que mide las revoluciones por minuto (RPM) del rotor de un motor o de una turbina. Son utilizados para llevar un registro de las velocidades del elemento que tengamos en estudio, que nos permita saber si está trabajando en forma adecuada. Con este tipo de instrumentos evitaremos que se detenga la maquinaria, pudiendo hacer un mantenimiento en el momento adecuado. También se puede emplear para conocer distancias recorridas por ruedas, engranes o bandas.


Laboratorio de Circuitos Digitales II Un frecuencímetro o tacómetro es un instrumento que sirve para medir la frecuencia, contando el número de repeticiones de una onda en la misma posición en un intervalo de tiempo mediante el uso de un contador que acumula el número de periodos. Dado que la frecuencia se define como el número de eventos de una clase particular ocurridos en un período, su medida es generalmente sencilla. Según el sistema internacional el resultado se mide en Hertzios (Hz). El valor contado se indica en un display y el contador se pone a cero, para comenzar a acumular el siguiente periodo de muestra. La mayoría de los contadores de frecuencia funciona simplemente mediante el uso de un contador que acumula el número de eventos. Después de un periodo predeterminado (por ejemplo, 1 segundo) el valor contado es transferido a un display numérico y el contador es puesto a cero, comenzando a acumular el siguiente periodo de muestra. El periodo de muestreo se denomina base de tiempo y debe ser calibrado con mucha precisión.

El presente trabajo está basado fundamentalmente en la implementación de un dispositivo en el cual se pueda observar el control de un motor y la medición de su velocidad con un tacómetro digital.



 Materiales e Instrumentos

1

7476

1

555

2

Capacitor 0.01uf, 10uf

2

Capacitor electrolítico 1uf

1

Resistencia 68k

3

Resistencia de 10k

22

Resistencia de 220

2

74121

1

7414

1

7408

3

7490

3

7475

3

7447

3

Display ánodo común

Osciloscopio Generador de funciones Sensor de pulsos Fuente DC Motor de velocidad


Laboratorio de Circuitos Digitales II  Diagrama de bloques

En el diagrama mostrado tenemos en bloques lo necesario para desarrollar un tacómetro, las conexiones de pines pueden hacerse con el datasheet del IC o podemos usar Cmos equivalentes a los TTL mostrados, usamos el diagrama para explicar el funcionamiento. En lugar del 7475 que son registros tipo latch, puedes utilizar el 74194 que son contadores universales. En este, la cuenta entra por las entradas de datos, pero no pasa a la salida hasta que reciba un pulso por la entrada CLK de los 74194. Así pasará la cuenta a los 7447 cada segundo.


Laboratorio de Circuitos Digitales II  Diseño

555 y FF JK La ventana de tiempo proviene de un oscilador astable (exacto) de 1 Hz (1 segundo), se usa un flip flop JK en configuración "Toggle", o divisor entre 2, esto habilita a la compuerta 7408 para que deje pasar lo que le llegue por la otra entrada durante un segundo exacto completo. Y luego vuelve a bajar durante un segundo. Y el ciclo se repite. Para el clock se puede usar un 555 de 1 Hz que no siempre es exacto o la base de tiempo de un reloj digital que es más preciso.



T=0.693*(10k+2*67.15k)*10uf = 1s

Carga y descarga del capacitor mostrada en el osciloscopio (amarillo) y Salida (violeta)

CARGA: 0.5505s DESCARGA: 0.45s

Señal del 555 astable y del FF JK, observamos que el periodo de salida del 555 se duplica a la salida del FF.



74121 Los 74121 son multivibradores monoestables, deben generar pulsos muy cortos , muchos menores que los pulsos de entrada , sólo se le pone un pequeño condensador de unos cuantos picos. El primer pulso se genera cuando se cierra la ventana de tiempo ( 1 segundo) el pequeño pulso de salida de este monoestables va hacia las entradas clock de los 74194 contadores universales , haciendo memorizar la cuenta que muestra el display , el termino de este pequeño pulso dispara al segundo monoestable 74121 , este segundo pulso va hacia los contadores para resetear la cuenta a 0. En este caso, la resistencia R tiene un valor de 10K (10 mil ohms) y el condensador tiene un valor de 1 uf, sin embargo para una resistencia más grande el capacitor baja de tal manera de tener una constante de tiempo mucho menor al segundo que abre la ventana de tiempos, lo cual le fijará al pulso de salida una duración de unos 0.066 segundos con un comportamiento mostrado por el siguiente diagrama de tiempos.



Amarillo

Señal JK

Azul

Señal de clock hacia los contadores 74194 (habilitación y memoria)

Violeta

Señal que resetea la cuenta de los contadores 7490

Sobre el monoestable 74121 se escoge este debido a que se dispara con un flanco de subida a diferencia del 555 que se dispara con un pulso en bajada.


Laboratorio de Circuitos Digitales II Señal Para la entrada, no siempre tenemos ondas digitales perfectas, quizás se deba encontrar la frecuencia de ondas senoidales, para eso se debe conformar o " cuadrar" la entrada esto se hace con el 7414 "Schmitt Trigger", es necesario que la entrada tenga un nivel máximo de 5 volts porque trabajamos en TTL.

‘’Diferentes señales de entrada y la salida siempre será de forma cuadrada gracias al 7414 "Schmitt Trigger’’


Laboratorio de Circuitos Digitales II Contador, memorización y decodificador: Comenzaremos con la parte del contador, 74190, bastante conocidas porque se usan también en relojes, los 7490 son contadores década, es decir ante cada pulso de entrada van mostrando ese número en código BCD (0001....etc.) en sus 4 pines de salida como se muestra, esto cambia con cada pulso, si se conectaran de frente los decodificadores se vería la cuenta ascendente con cada pulso hasta detenerse y comenzar de nuevo. Como solo se necesita la cuenta final es que necesitamos un circuito que "memorice" solo la última cuenta.

Se observa que la cuenta se reiniciara a cero después de que el último monoestable 74121 se active por un periodo de tiempo pequeño. Los contadores 74194 se habilitaran cuando llegue la señal de clock (señal del primer monoestable con una duración menor a la ventana de tiempo) esto hace q se memorice la cuenta debido a que el contador esta en modo carga paralela. Entonces los contadores 7490 realizan la cuenta hasta que llegue una señal a R1 (0) Y R2 (0) que reinicie la cuenta, justo antes de q se reinicie la cuenta llega el (clock) del primer monoestable haciendo que la cuenta se memorice y pasándola al decodificador para luego ser vista por los display.



0.01uF

C4

2

5

4

TR

CV

R

8

VCC

GND

1

TH

DC

Q

555

10uF

C3

67k

R3

LED-BIBY

D1

110

16

7

6

1

3

R5

4

U15

10k

K

CLK

J

2 S R 3

R4

Q

Q

7476

14

15

U14:A

10k

R2

Señal

10

1uF

3 4 5

9

11

C2

74121

A1 A2 B

RINT

RX/CX

CX

U11 Q

Q 1

6

1 7404

2

U13:A

10k

R1 10

1uF

2

1

3 4 5

9

11

C1

7408

U12:A

74121

A1 A2 B

RINT

RX/CX

CX

U2

3

Q

Q 1

6

2 3 6 7

14 1

2 3 6 7

14 1

2 3 6 7

14 1

7490

R0(1) R0(2) R9(1) R9(2)

CKA CKB

U10

7490

R0(1) R0(2) R9(1) R9(2)

CKA CKB

U7

7490

R0(1) R0(2) R9(1) R9(2)

CKA CKB

U5

Q0 Q1 Q2 Q3

Q0 Q1 Q2 Q3

Q0 Q1 Q2 Q3

12 9 8 11

12 9 8 11

12 9 8 11

2 7 11 9 10 1

3 4 5 6

2 7 11 9 10 1

3 4 5 6

2 7 11 9 10 1

3 4 5 6

74LS194

SR SL CLK S0 S1 MR

D0 D1 D2 D3

U9

74LS194

SR SL CLK S0 S1 MR

D0 D1 D2 D3

U6

74LS194

SR SL CLK S0 S1 MR

D0 D1 D2 D3

U4

Q0 Q1 Q2 Q3

Q0 Q1 Q2 Q3

Q0 Q1 Q2 Q3

15 14 13 12

15 14 13 12

15 14 13 12

7 1 2 6 4 5 3

7 1 2 6 4 5 3

7 1 2 6 4 5 3

7447

A B C D BI/RBO RBI LT

U8

7447


U3

7447


U1

QA QB QC QD QE QF QG



13 12 11 10 9 15 14

13 12 11 10 9 15 14

13 12 11 10 9 15 14

Laboratorio de Circuitos Digitales II  Circuito a implementar



Laboratorio de Circuitos Digitales II Sensor Encoder de pulsos Los encoder son sensores de interrupción luminosa formados por fototransistores ya que su velocidad de respuesta es mayor que las de la foto-resistor. El funcionamiento es similar al de estos. Al interponerse un objeto entre los fototransistores deja de incidir el haz luminoso y varía su valor.

La aplicación más popular de este sensor es la de medir la velocidad de giro de los ejes de los motores. Para llevar a cabo esta tarea se sujeta al eje del motor un disco de material opaco con ranuras repartidas simétrica y radialmente por su superficie. Conociendo el número de ranuras se sabe el número de veces que se cortará el haz de rayos infrarrojos por cada vuelta y contando los impulsos en el fototransistor se averiguara las vueltas giradas en un tiempo medido.


Laboratorio de Circuitos Digitales II  Aplicaciones •El tacómetro óptico mide con precisión la velocidad rotatoria (RPM) usando un haz de luz visible, puede ser usado a una distancia de hasta 8 m en un elemento rotatorio. La construcción robusta, portabilidad y características notables del tacómetro óptico, lo hacen la opción ideal para el departamento de mantenimiento, operadores de máquinas y varias otras aplicaciones en maquinarias. •El tacómetro de contacto mide con precisión la velocidad rotatoria y de superficies, así como longitud. El interruptor incorporado del selector permite que el usuario exhiba lecturas en una amplia variedad de unidades de medidas. La medición con contacto se lleva a cabo por medio de un adaptador mecánico con cabeza o con rueda de medición. •En medicina, los tacómetros se utilizan para medir la tasa de flujo sanguíneo en un punto particular en el sistema circulatorio.  Conclusiones 

Es muy importante revisar previamente los datasheet de los integrados a utilizar.



Para efectuar la medida de la frecuencia existente en un circuito, el frecuencímetro ha de colocarse en paralelo, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el frecuencímetro debe poseer una resistencia interna alta, para que no produzca un consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea. Por ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a través del aparato se consigue la fuerza necesaria para el desplazamiento de la aguja indicadora.



Si el elemento a contar está ya en forma electrónica, todo lo que se requiere es un simple interfaz con el instrumento. Cuando las señales sean más complejas, se tendrán que acondicionar para que la lectura del frecuencímetro sea correcta. Incluyendo en su entrada algún tipo de amplificador, filtro o circuito conformador de señal.



Otros tipos de eventos periódicos que no son de naturaleza puramente electrónica, necesitarán de algún tipo de transductor. Por ejemplo, un evento mecánico puede ser preparado para interrumpir un rayo de luz, y el contador hace la cuenta de los impulsos resultantes.


Laboratorio de Circuitos Digitales II  Costos y Presupuestos Lista de Materiales utilizados

Cantidad

Valor

Precio

26

10k, 220, 68k

S/1.30

Total: S/1.30

Resistencias

Cantidad 5 electrolíticos 3 cerámicos Condensadores

Cantidad 1 2 1 1 3 3 3 C. Integrados

Cantidad 3 3 1 metro 1 Otros

Valor 2.2uf, 10uf 0.01uf

Precio S/1.00 S/0.20

Total: S/.1.20 Código 555 74121 7476 7408 7490 7475 7447

nombre Protoboard Display ánodo común Cable UTP Sensor de pulsos con motor incluido

Precio S/0.50 S/3.00 S/1.50 S/1.00 S/9.00 S/4.50 S/4.50

Total: S/24.00

Precio S/24.00 S/3.00 S/ S/1.00 S/15.00 Total: S/43.00

Costo Total: (aproximación) En caso de no contar con ningún material a la mano.

S/67.00 – Con descuento En caso de contar con los 3 protoboard: S/43.00


Proyecto Tacómetro- Digitales II- Tejada

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