Proyecto - Relé control lampara

Una de las ideas que nos viene a la mente cuando hablamos de electrónica es poder controlar las luces de la casa desde un solo lugar, pero sin usar interruptores generales de 110v, sino, usando un controlador que solo requiera 5v para ser activado. Y de alli, podemos continuar tratando que este controlador de 5v sea manipulado por el computador, o por otro dispositivo que nos permita indicar cuando queremos que se encienda.

En esta imagen podemos ver que tenemos una entrada (INPUT) encargada de entregar una corriente al transistor Q1 (2N2222A) sobre el pin de BASE, el pin EMISOR va a tierra (masa), y el pin COLECTOR va al RELÉ. Adicionalmente posee un LED (D3) que nos permite conocer el estado del relé.



 El pin de COLECTOR no tendra paso hasta que el transistor no sea energizado en BASE con la corriente suficiente para abrir la compuerta, que en nuestro caso esta protegida por la resistencia R3 (1000 oh).

Al momento de poner los 5v en el INPUT sobre R3, se accionará el transistor dando paso  a la corriente entre EMISOR y COLECTOR y por lo tanto, cerrando el circuito para energizar el RELÉ.

Conectado en paralelo se encuentra un DIODO (D4) de forma inversa, con el fin de eliminar la corriente de autoinducción que se presenta en los embobinados usados por el relé. Este diodo puede ser un 1N4001 o inclusive un 1N4004 (incluidos los intermedios).

En en ejemplo anterior estamos usando un transistor bipolar NPN, pero es posible realiar la misma acción con otros transistores, como ejemplo presento un transistor 2N3904 y un transistor 2N3906.

EN DOMOTICA

Podemos aplicar nuestro circuito en domotica, a fin de controlar los interruptores de las bombillas en las habitaciones.

En el esquema general podemos una fuente de voltaje de 5v que será la encargada de energizar el circuito y finalmente de darle la corriente al Relé.

Nota: El la gráfica generada con el programa ISIS de Proteus no se presenta la energizacion del  IC 4017 pero se debe tener en cuenta que el pin 8 esta conectado a GROUND y el pin 16 esta conectado a VCC.

Un pulsador en estado ON/OFF nos permitirá usar un solo boton o switch (tipo timbre) para controlar el encendido y apagado de la lampara.

Dividimos el circuito en 3 etapas, con el fin de poderlas reemplazar independientemente.

• Placa de control centralizado
• Placa controladora de los Relay
• Dentro del Interruptor

Esta es mi propuesta del esquema con las 3 etapas independientes, pero con uniformidad en los conecttores a fin de hacerlas modulares.

Y este seria el montaje en 3D.

Dentro del interruptor.

Es necesario intervenir el interruptor de las bombillas. y reemplazarlo por un pulsador, tipo timbre.
Requiere 4 cables que van desde la central de control de nuesro hogar, hasta el interruptor o caja existente como switch de la lampara.
2 de estos 4 cables serán los encargados de energizar el relé y encender el diodo indicador.
2 cables mas son requeridos para transmitir la pulsación o accionar del interruptor que controlara el encendido, pero este debe llegar hasta la central de control del hogar.

El circuito montado en una placa perforada sería algo así (girada 180 grados):

Placa controladora del Relay

El circuito se podra copiar tantas veces como la cantidad de luces a controlar.

Placa de Control Centralizado

En este circuito se ha tenido en cuenta el anti-rebote para asegurar que la señal recibida del pulsador sea limpia.

El IC 4017 se emplea para generar los dos estados del control (ON y OFF) usando una sola señal para realizar el cambio.

Nota: Este circuitocon el 4017 resulto ser mas estable y confiable usando 5v. El circuito con el 555 ON/OFF es recomentado por su simplicidad cuando se usan circuitos alimentados a 12v.

Una de las principales razones para dividir este proyecto en varias etapas de control es poder luego reemplazar la placa de control centralizado por un PIC, o por una plataforma de hardware como un ARDUINO o RASPBERRY.


Entraremos en el tema de ARDUINO para el control centralizado de nuestro hogar, ampliando enormemente las posibilidades. Ya no solo podremos encender y apagar las luces desde un solo lugar (o desde el interruptor de la pared), sino que podremos adicionar un mando a distancia (Control Remoto), y adicionaremos un control inteligente de las luces, teniendo horarios de encendido durante nuestro periodos de ausencia del hogar y finalmente un control por medio del PC desde Internet, logrando un control total de nuestro hogar desde cualquier lugar con acceso a la RED.

http://domoticahf.blogspot.com/2013/02/implementacon.html

Proyecto - Fuente de poder

Durante la ejecición de nuestros proyectos, siempre necesitamos una fuente de energía que suministre el voltaje requerido para nuestro circuito. Lo primero que encontramos son los reductores de voltaje (genéricos) que vender aprecios muy bajos, y en principio sirven, pero al avanzar, tarde que temprano nos encontramos que no es suficiente el amperaje que entregan, o que no es realmente estable el voltaje según lo que necesitamos, y mas cuando entremos en temas muy precisos como son TTL y digitales. Aunque muchos de los IC que usaremos soportan un rango amplio de voltaje, algunos requerirán que seamos muy precisos con el voltaje indicado.

Nuestra propia fuente de poder. 

La fuente de poder de un PC es tal vez la mas precisa y segura que podamos encontrar. Teniendo en cuenta que los circuitos que tiene la "board" son extremadamente delicados y sus margenes de error son muy estrechos, podríamos confiar que nuestros proyectos funcionaran dentro de los valores de voltaje mas precisos.

Lo primero, como es lógico, es tener una fuente a nuestra disposición para ser modificada, y encontraremos 2 tipos generales.

• AT
• ATX

Las fuentes AT se encuentran por lo general en PC viejos, donde se hace necesario un interruptor maestro que controla en encendido y apagado de la fuente. Una vez apagada, esta deja de funcionar completamente ya que el interruptor suspende el ingreso por completo de la energía eléctrica, antes de que esta ingrese a cualquier circuito.

Las fuentes ATX son las usadas aun hoy en dia, y poseen un sistema de encendido y apagado que permite controlarlo desde el mismo PC, es decir, puede ser controlado por software. Algunas poseen adicionalmente un interruptor maestro. Debemos tener en cuenta que cuando una fuente ATX se apaga (sin usar el interruptor maestro) realmente sigue funcionando, y tiene un voltaje de STAND BY de 5v en una de sus salidas, y al tiempo esta pendiente de recibir una señal de encenderse por completo.

Adicional a la forma de apagarse y encenderse de las fuentes, una de las grandes diferencias son los conectores de salida que posee, y los voltajes que puede suministrar.

Para nuestra fuente de poder usaremos una ATX.

Lo primero es identificar si posee un interruptor maestro o no. es ese pequeño switch que permite interrumpir completamente el suministro de energía a la fuente, de tal manera que no podrá ser encendido si no es activado manualmente.

Para nuestro proyecto, sugiero usar una que tenga interruptor maestro, lo que nos permitirá controlar el cuando queremos que funcione y cuando no.

En caso de no tenerlo, podremos agregarle uno que cumpla la misma función.

Con interruptor maestro

Sin interruptor maestro

El árbol de cables de salida de la fuente es muy especifico, y casi siempre encontraremos los mismos.

Debemos identificar su funcionamiento para determinar cual usaremos.

	MOLEX Discos duros, Unidades de CD y DVD
	BERG Unidades de disco flexible
	SATA Discos duros Sata y unidades de CD y DVD
	AUX 12v Algunas placas requieren de un suministro adicional de 12v
	PCIE En algunos casos, las tarjetas aceleradoras gráficas requieren un suministro adicional.
	PRINCIPAL ATX 24p / 20p Conector principal a la placa madre del PC. Tiene 20 pines, y en algunos casos posee un adicional de 4 pines como adicional.

CODIGO DE COLORES

Existe un código de colores que nos permite saber que voltaje maneja cada cable.

• Negro: Ground. Tierra.
• Amarillo: +12v
• Azul: -12v
• Rojo: +5v
• Blanco: -5v
• Naranja. +3.3v
• Verde: Power ON. Señal para encendido.
• Gris. Power Good. indicador de funcionamiento de la fuente.
• Morado: +5v en estado Stand By. 5v permanentes.
• 
  

Con las diferencias de polaridad podemos utilizar voltajes diferentes. En el caso de usar las salidas de -5v y +5v tendremos 10 voltios y así mismo otras combinaciones. Pero es de anotar, que al usar estas combinaciones estamos perdiendo la capacidad de usar GROUND (Masa) como base para los circuitos,

EN FUNCIONAMIENTO

Para que la fuente encienda, no es suficiente con conectarla a la energía eléctrica y accionar su interruptor maestro, se requiere que el cable verde (power on) este conectado al cable negro (masa o tierra). Bastara con realizar un puente entre estos 2 pines de salida (verde y negro) para que encienda.

Esto nos da la posibilidad de usar el cable verde y negro como interruptor secundario de la fuente, o que para nuestros proyectos se agradecería inmensamente.

Solo resta nuestro cable conector desde la fuente de poder hasta nuestra plataforma de prueba para los circuitos. Recomiendo usar un terminal macho tipo MOLEX para sacar 4 hilos y finalizarlo con un conector que permita adaptarlo a la protoboard.

• Amarillo para 12v
• Ground
• Ground
• Rojo para 5v

Se recomienda adicionar inernamente en la fuente 2 leds que permitan saber cuando la fuente esta conectada a la energía eléctrica (salida Morada o Stand By) y cuando esta encendida (salida gris o Power Good).

Por último nos queda retirar todos los cables que salen de la fuente y dejar solo 1 cable por cada color. y un conector MOLEX (hembra) intacto.

Un buen ejemplo

Nota: En el caso de los cables negros se recomienda usar 3 al tiempo en un solo conector, con la idea de darle un poco mas de capacidad de carga y evitar calentamientos.



Reto: Lograr que nuestro proyecto de fuente de poder modificada tenga todos los juguetes y ademas, quede estéticamente agradable... algo así...

IC - 555 Multivibrador Monoestable

Ya hemos visto como funciona el 555 en modalidad de Astable, ahora pondremos el 555 entregando un solo pulso constante durante un tiempo definido



Pin 3 en estado bajo todo el tiempo, hasta que sea aplicado una entrada en alto sobre el pin 2, en tal caso, entregara en el pin 3 un estado alto durante el tiempo que sea predefinido por los componentes del circuito, para luego regresar a estado bajo

Etapas del 555

Etapa de Oscilación: es donde se define si va a trabajar como una astable, Monoestable o Biestable, y se ajusta el periodo de su sincronismo.

Etapa de Control:  No solo hacer un reset, controlar el 555 de si va a entrar cuando lo hace, manejar niveles de voltaje diferentes entre otras.

Etapa de Polarización:  todos los circuitos electrónicos de estado sólido requieren ser polarizados, es decir; estar conectados a Vcc y a tierra.

Etapa de Salida:  es obtiene una onda cuadrada que depende de la etapa 1.

Ejemplo 

Usaremos una resistencia R1 de 38 kilo Ohms, un capacitor electrolítico C1 de 100 microfaradios (16 Volts) y para introducir la señal de disparo o trigger un pulsador S1. El capacitor C2 de 10 picofaradios (0.01 microfaradios) se implementa cuando la patilla 5 (control de voltaje) del CI 555 no se utiliza.

Pasamos a determinar la duración del estado alto de la señal de salida.


Por lo que nuestro LED estará encendido aproximadamente 4 segundos por cada pulso en el SW1

Implementación en la Protoboard

IC - 555 Multivibrador Astable

El circuito integrado 555 es un temporizador muy versátil y podemos lograr interesantes proyectos.



Uno de los que mas usaremos es un temporizador de onda cuadrada, es decir, entrega durante un tiempo determinado una señal en alto y luego durante otro tiempo una señal en bajo, para volver a iniciar.
Podemos realizar un ejercicio que nos permitirá observar el funcionamiento: Encender y apagar un led de forma cíclica. Algo similar a las direccionales de un carro. Adicional podremos variar el tiempo de duración de la pausa.

En electrónica, un astable es un multivibrador que no tiene ningún estado estable, lo que significa que posee dos estados "quasi-estables" entre los que conmuta, permaneciendo en cada uno de ellos un tiempo determinado. La frecuencia de conmutación depende, en general, de la carga y descarga de condensadores.

REQUERIMIENTOS

• Batería (Fuente de voltaje) de 9v.
• IC 555
• Led de color verde
• Led de color rojo
• Potencimetro de 20K
• Resistencia de 1K
• 2 resistencias de 470
• Condensador electrolítico de 100 uF

DIAGRAMA

Expliquemos un poco el IC 555

El temporizador 555 se puede conectar para que funcione de diferentes maneras, entre los más importantes están: como multivibrador astable y como multivibrador monoestable. 

 

Como multivibrador Astable se  caracteriza por una salida con forma de onda cuadrada (o rectangular) continua de ancho predefinido.




El Pin 3 es la salida de señal la cual uno de los dos posibles valores.

• 0 voltios = LOW = Bajo
• 5 voltios = HIGH = Alto

TA = Tiempo en Alto
TB = Tiempo en Bajo

Disposición de los pines y su función.

1. Tierra o masa. Se conecta a cero voltios.

2. Disparo: Es en este pin, donde se establece el inicio del tiempo de retardo, si el 555 es configurado como monoestable. Este proceso de disparo ocurre cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación. Este pulso debe ser de corta duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra vez.

3. Salida: Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador, ya sea que esté conectado como monoestable, astable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje será el voltaje de aplicación (Vcc) menos 1.7 Voltios. Esta salida se puede obligar a estar en casi 0 voltios con la ayuda del pin 4 (reset).

4. Reset: Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la salida pin 3 a nivel bajo. Si por algún motivo este pin no se utiliza hay que conectarla a Vcc para evitar que el 555 se "resetee".

5. Control de voltaje: Cuando el temporizador se utiliza en el modo de controlador de voltaje, el voltaje en este pin puede variar casi desde Vcc hasta casi 0 V. Así es posible modificar los tiempos en que el pin 3 está en alto o en bajo independiente del diseño. Si esta patilla no se utiliza, se recomienda ponerle un condensador de 0.01uF para evitar las interferencias.

6. Umbral: Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se utiliza para poner la salida (Pin # 3) a nivel bajo.

7. Descarga: Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo, utilizado por el temporizador para su funcionamiento.

8. V+: También llamado Vcc, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación que va de 4.5 voltios hasta 16 voltios (máximo). Hay versiones militares de este integrado que llegan hasta 18 Voltios.

Características técnicas

La tensión de alimentación puede estar comprendida entre 5V y 15V.
La corriente de salida del integrado puede llegar hasta 200mA (0,2 A)
El circuito integrado consume 600mW (0,6W)
Notas:
Entre el pin 1 y el pin 8 se alimenta el CI.
La entrada de disparo (trigger) es activa a nivel bajo.
La entrada de puesta a cero (reset) es activa a nivel bajo.

Funcionamiento

El condensador C1 está permanentemente cargándose y descargándose. Cuando se carga lo hace a través de R1 y R2 mientras que cuando se descarga lo hace a través de R2.
El condensador se carga hasta los 2/3 de la tensión de alimentación(Vcc). Llegados a este punto el condensador comienza a descargarse hasta 1/3 de la tensión de alimentación(Vcc). El proceso se repite permanentemente mientras el circuito esté alimentado.
Cuando el condensador se está cargando la salida del CI 555 está a nivel alto(9V) y el diodo led rojo se ilumina.
Cuando el condensador se está descargando la salida del CI 555 está a nivel bajo(0V) y el diodo led verde se ilumina.

Fórmulas

El tiempo que está a nivel alto(9V) se puede calcular con la siguiente fórmula:

T1 = (0,7/1000)*RT*CT

Donde:

T1 = Tiempo a nivel alto (seg)

RT = Resistencia de carga (KΩ)

CT = Condensador (microF)

El tiempo que está a nivel bajo(0V) se puede calcular con la siguiente fórmula:

T2 = (0,7/1000)*RT*CT

Donde:

T2 = Tiempo a nivel bajo (seg)

RT = Resistencia de descarga (KΩ) 

CT = Condensador (microF)

Un video del funcionamiento simulado con PROTEUS

En nuestros proyectos, donde la salida del 555 (pin 3) requiera una salida de voltaje mayor de 5v con consumo alto (lampara o motor) se recomienda usar un transistor a la salida del pin 3 que efectúe la tarea de interruptor. Es decir, de la salida (pin 3) va a una resistencia (120 oh) y de allí a la base de un transistor NPN.

Un ejemplo final.

• Se ha añadido un diodo (D3) al circuito para conseguir que los tiempos T1 y T2 sean iguales.
• Se ha añadido un pulsador /SW1) de "Reset" para anular la señal de salida.
• Se han añadido unas resistencias ajustables (VR1 y VR2) para poder variar los tiempos T1 y T2.
• Se ha añadido un transistor a la salida para atacar a un relé de 12V(RL1)  mediante el cual controlamos un circuito de fuerza a 230V.

Implementacion en la Protoboard

Un interesante proyecto para realizar con el 555 es un metrometro. Visita la página y anímate a hacerlo.

Proyecto - Encender un LED

Aunque este ejemplo es muy simple y algunos lo considerarán ridículo, creo que es necesario empezar por lo mas básico con la idea de no dejar nada a las supocisiones.

REQUERIMIENTOS

• LED
• Resistencia 120 oh
• Bateria 4.5v

La resistencia es necesaria para que la corriente de la bateria no pase de lleno y sin control sobre el LED, quemandolo o reduciendo su tiempo de uso. Usaremos una resistencia de 120 oh

Como bateria podemos usar un arreglo en serie de 3 pilas (1.5v cada una) .



En un diseño grafico del circuito, este arreglo en serie se verá de esta manera...


En cuanto al LED, los hay  de diferentes voltajes para su funcionamiento, pero en nuestro caso, podemos usar un LED de 2.7v.

 Un dibujo del esquema sería...

Debemos tener en cuenta que un diodo funciona como un interruptor. Si colocamos el diodo en un sentido pasa la corriente (circuito cerrado) y si lo colocamos en el contrario no pasa (circuito abierto).

Ademas debemos tener en cuenta que el diodo al conducir en polarización directa (haciendo de interruptor cerrado y alumbrando) tiene una caída de tensión más o menos fija. En el caso de los diodos led  la barrera de potencial varía según el dopado del cristal que se use para conseguir diferentes colores. 

• Desde 1v más o menos para diodos de infrarrojos.
• Desde 1.5v para rojos.
• Desde 1.6v para amarillos.
• Desde 2.7v para verdes.
• Desde 3v en diodos azules.

Usaremos un LED verde por lo que tendremos una barrera de potencial a superar de 2.7V. Y la intensidad que circulará será entre 10 y 40mA. Vamos a hacer los cálculos pensando en 15mA. Si es suficiente para que alumbre, mejor que no consuma demasiada corriente. Así aumentaremos la duración de la batería.

La intensidad que pasará por el diodo es igual que la que pase por la resistencia, puesto que están en serie. La caída de tensión en la resistencia será, la de la pila, menos, la que caiga en el led.

Voltaje_rersistencia = Voltaje_pila - Voltaje_led
Voltaje_resistencia = 4.5 - 2.7 =1.8v

 Apoyados en la LEY DE OHM
La Ley de Ohm establece que "la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo"

Si tenemos que ...

     I = Intensidad en amperios (A)
    V = Diferencia de potencial en voltios (V)
    R = Resistencia en ohmios (W o Ω).

Entonces ...

I = V/R

que es lo mismo que 

R = V/R
 

Resistencia = Voltaje /  Intensidad
Resistencia =  1.8 / 0.015 = 120ohmios

Y la potencia que tendrá que disipar la resistencia también se deriva de la ley de Ohm:
W=V*I
PotenciaResistencia (W)=Vresistencia * Iresistencia = 1.8 * 0.015 = 0.027 w

Una resistencia que disipe hasta de 1/4 de watio (0.250w)nos dara un margen suficiente.

Recomiendo visitar esta página que ilustra de manera agradable lo que estamos tratando de explicar.

Ley de Ohm y potencia eléctrica

Programacion

La unión obligada de la electrónica a la programación abre una infinidad de posibilidades para nuestros proyectos y a la vez genera nuevas ideas tanto como necesidades de conocimiento, pero no siempre manejamos ambos temas de la forma que deseamos. Pretendo dar algunas explicaciones, breves y tan utiles como sea posible, de la programación utilizada en los proyectos. esperando aportar algo a quienes lo necesiten.

Proyectos

Algunos proyectos son descabellados, y otros son casi ridículos, pero algo he aprendido en esta aventura y es que no hay proyecto demasiado simple que no valga la pena intentar, ni demasiado difícil que no valga la pena soñar.

INDICE

• Encender un LED
• Fuente de poder

... actualización constante.

PIC's

Circuitos integrados programables.

Se une la programación a la electrónica y el mundo que ya de por si es amplio, se vuelve infinito.

...actualización constante.

IC

Wikipedia. http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado

En este punto, debemos por obligación ser muy extensos, ya que hay una gran variedad de circuitos integrados, sus funciones y posibilidades son inmensas.

Así que publicaré cada circuito como una entrada independiente.

(Esta entrada será actualizada con la lista de los circuitos descritos al momento)

INDICE

555 = Multivibravor Astable
555 = Multivibrador Monoestable

... actualización constante.

Leds

El LED es un tipo especial de diodo que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz . Este dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes. Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya que ello no influye en el color de la luz emitida. Usualmente un LED es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, razón por la cual el patrón de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo.


La intensidad luminosa depende directamente de la corriente que atraviesa el LED y no debe esceder el voltaje de trabajo del diodo para evitar que este se pueda dañar; el voltaje de operación va desde 1,8 hasta 3,8 voltios aproximadamente.

La corriente directa de polarización de un LED está comprenda 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 LED.

Wikipedia: http://es.wikipedia.org/wiki/Led

La imagen mas comun encontrada en un led. Aunque existen de muchas formas y tamaños, esta es la que usaremos con mas frecuencia.

Si quieres un poco mas de teoria sobre los LED, entra aqui

La estructura interna de un led.


Encender un LED representa en electrónica el llamado "HOLA MUNDO", donde podemos dar nuestro primer paso en este fascinante mundo.

Usaremos los LED sobre todo para indicar el estado  de nuestros circuitos y la función que cumplen al momento.