Semáforo

Electrónica. Memoria, esquemas, cálculos y técnica. Componentes

  • Enviado por: Mbarraj
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 15 páginas

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  • INTRODUCCIÓN

  • MEMORIA

  • ESQUEMAS

  • DESCRIPCIÓN TÉCNICA

  • CALCULOS

  • LISTADO DE COMPONENTES

  • PRESUPUESTO

  • ANEXOS

  • BIBLIOGRAFÍA E INFORMACION

LOS MICROCONTROLADORES

Estos pequeños dispositivos están conquistando el mundo. Están presentes en

nuestro trabajo, en nuestra casa y en nuestra vida en general. Se pueden encontrar en el ratón y en el teclado de las computadoras, en los teléfonos, en los hornos microondas y en los televisores de nuestro hogar. Pero la invasión acaba de comenzar y el nacimiento del siglo XXI será testigo de la conquista masiva de estas diminutas computadoras, que controlarán la mayor parte de los aparatos que fabricamos y usamos los humanos.

¿Qué es un Microcontrolador?

Es un circuito integrado programable que contiene todos los componentes de un computador. Se emplea para controlar el funcionamiento de una tarea determinada y, debido a su reducido tamaño, suele ir incorporado en el propio dispositivo al que gobierna. Esta ultima característica es la que le confiere la denominación de “controlador incrustado” (embedded controller).

El Microcontrolador es un computador dedicado. En su memoria solo reside un programa destinado a gobernar una aplicación determinada; sus líneas de entrada / salida soportan el conexionado de los sensores y actuadores del dispositivo a controlar y todos los recursos complementarios disponibles tiene como única finalidad atender sus requerimientos. Una vez programado y configurado el microcontrolador solamente sirve para gobernar la tarea asignada.

“Un microcontrolador es un computador completo, aunque de limitadas prestaciones, que está contenido en el chip de un circuito integrado y se destina a gobernar una sola tarea”

¿Qué diferencias hay entre Microcontrolador y Microprocesador?

Un microprocesador es un sistema abierto con el que puede construirse un computador con las características que se desee, acoplándole los módulos necesarios.

Un Microcontrolador es un sistema cerrado que contiene un computador completo y de prestaciones limitadas que no se pueden modificar.

Semáforo

Estructura de un sistema abierto basado en un microprocesador. La disponibilidad de los buses en el exterior permite que se configure a la medida de la aplicación.

El microcontrolador es un sistema cerrado. Todas las partes del computador están contenidas en su interior y solo salen al exterior las líneas que gobiernan los periféricos

Semáforo

ARQUITECTURA INTERNA

Un microcontrolador posee todos los componentes de un computador, pero con unas características fijas que no pueden alterarse.

Las partes principales de un microcontrolador son:

1º Procesador

2º Memoria no volátil para contener el programa

3º Memoria de lectura y escritura para guardar los datos.

4º Líneas de E/S para los controladores de periféricos:

  • Comunicación paralelo

  • Comunicación serie

  • Diversas puertas de comunicación (bus I2C. USB, etc)

  • 5º Recursos auxiliares

  • Circuito reloj

  • Temporizadores

  • Perro Guardián (Watchdog)

  • Conversores AD y DA

  • Comparadores analógicos

  • Protección ante fallos de la alimentación

  • Estado de reposo o de bajo consumo

  • Después de haber explicado básicamente en que consiste un microcontrolador y en que se diferencia de un microprocesador, pasamos a explicar en que consiste nuestro proyecto y como usamos y aprovechamos sus especiales características.

    El germen de este proyecto fue un circuito que encontramos en la Web, era solo una aplicación práctica de cómo usar un microcontrolador y gobernar una serie de secuencias controladas por un tiempo previamente calculado en base del reloj del Micro, este es el esquema del proyecto inicial.

    En él solo estaba previsto una rutina de encendido y apagado de las luces.

    Semáforo

    Como podemos observar es muy básico, pero eficaz para realizar diversas experiencias con el micro, en nuestro caso quisimos ampliar y desarrollar este circuito, añadiéndole mas luces, mas rutinas y que además fuera capaz de controlar luces de corriente alterna.

    El primer problema, el programa, lo analizamos, realizamos un prototipo del cruce para comprobar que funcionaba, efectivamente funcionaba pero los tiempos no se controlaban bien, por lo que se decidió cambiar todo el programa completo. El nuevo programa debía controlar las luces de forma independiente, además de tener dos interrupciones que con sus combinaciones nos daría la posibilidad de elegir la secuencia deseada, como se observará en el circuito final, las salidas entradas ya no se corresponden.

    Otro problema, ¿Como controlarlo todo con el micro? imposible, ya que este tiene unas limitaciones de Intensidad máxima por patitas y puertas, este problema se solucionó usando las salidas para polarizar las bases de unos transistores, aumentando la posibilidad de elementos a controlar solo usando microamperios, los necesarios para la Ib. Así que las salidas del micro iría a las bases de los transistores, en este caso hemos usado unos transistores npn BC457, que a su vez permitirían la alimentación de los leds, elevando la Imax CE de hasta 60mA

    CRUCE DE SEMÁFOROS AUTÓNOMO GOBERNADO POR UN MICROCONTROLADOR

    Suponemos un cruce de cuatro calles en las cuales disponemos un semáforo en cada esquina los cuales irán encendiéndose y apagándose simultáneamente dos a dos (1/3 y 2/4), además de controlar los semáforos de peatones, estos están situados en todas las calles enfrentados unos a otros para el paso bidireccional de los peatones.

    Tanto los peatones como los 4 semáforos de la placa de los leds están controlados por las salidas del Micro, que a su vez controla los transistores que dependiendo de que esté en estado de corte o saturación harán que se enciendan o apaguen los leds.

    La placa en la que se encuentra tanto la F.A. como los OptoTriac se aprovechan las salidas del Micro para activar los Optos y estos son los que hacen que se enciendan o apagen los neones correspondientes a cada semáforo y a los peatones. Tener en cuenta que al incorporar estos elementos hemos conseguido separara físicamente al Micro de la C.A. ya que la ventaja que tienen los OptoTriac es precisamente esa, estos elementos se componen de un led, un triac y a la puerta del triac un detector de luz, el cual dispara al Triac cuando recibe luz del led al pasar la corriente necesaria.

    Las rutinas van escritas dentro del programa, y se pueden seleccionar mediante la manipulación de los interruptores que van conectados a Rb0 y Rb1, estas rutinas incluyen una conducción de día, de noche y averías. Para evitar problemas de rebotes y podamos enviar información errónea al micro, estas señales están producida por dos biestables tipo J-K, realizadas en un 74LS00N, con lo que obtenemos, 0 y 1 sin rebotes.

    Día: se le da la misma importancia al peatón que a los coches, por cada ciclo de semáforo(1/3 ó 2/4) se dejará pasar a los peatones.

    Tabla de la verdad de los biestables

    Int 1

    Int 2

    Rutina

    0

    0

    DIA

    1

    0

    NOCHE

    -

    1

    AVERIA

    Noche: se le da mas importancia a los coches, por lo que se dejará pasar a los peatones por cada ciclo completo de los dos semáforos (1/3 y 2/4)

    Avería: sea cual sea la rutina anterior seleccionada se quedará suspendida y solo se encenderán las luces ámbar en intermitencia(supuesto de imprevistos, reparaciones, etc)

    También podemos controlar el tiempo de encendido y apagado de las luces, con solo modificar las rutinas, otra ventaja de gobernar estos semáforos por un micro es que podemos realizar cuantos cambios de rutinas queramos sin tener que hacer ningún cambio físico en la disposición de las luces de los cruces, con tan solo modificar el programa que contiene el micro(reprogramar).

    VISTA DEL CRUCE

    Semáforo

    ESQUEMAS ELECTRICOS DEL CIRCUITO

    POR BLOQUES

    Micropic

    Semáforo

    F.A. Estabilizada

    Semáforo

    Biestable 74LS00N

    Esquema interno

    Semáforo

    Esquema eléctrico, de 2 puertas NAND.

    Semáforo

    En el circuito del biestable solo está representado una interrupción, como el integrado se compone de cuatro puertas, repetir la misma operación con las otras dos.

    Esquema de los semáforos

    Semáforo

    Esquema semáforos de peatones

    Semáforo

    Esquema semáforos con neones

    Semáforo

    Esquema semáforo de peatones con neones

    Semáforo

    DESCRIPCIÓN TÉCNICA

    BIESTABLE:

    Cada vez que activamos un interruptor se crean unos pequeños rebotes, estos rebotes son a escala de milisegundos, e incluso microsegundos, estos rebotes para nosotros son imperceptibles, pero para el funcionamiento del Micro no lo es, por lo que necesitamos un algo que los elimine, para ello vamos a usar un circuito, llamado BIESTABLE(ya que tiene dos estado estables).

    El circuito es un FLIP-FLOP J-K, formado por dos puertas NAND. Cuando mediante el interruptor se cierra el contacto “A”, la salida del circuito se pone a “1”· y se mantiene así hasta que se cierre el contacto “B”, momento en el que la salida del circuito pasará a “0”. Con esto se consigue que a la entrada del Micro le llegue un impulso “CLARO”, sin rebotes.

    SEMÁFOROS CON LEDS

    El funcionamiento de los semáforos se basa en el stado de corte o saturación que tenga el transistor asociado a cada grupo de Leds y Optos. Al llegar un N.A. procedente del Micro, a la base del transistor se producirá la saturación del mismo y se encenderán todos los leds asociados, que están en paralelo. Al llegar un N.B. los transistores pasarán al estado de corte y esto hará que se apaguen los leds asociados.

    Hemos optado por colocar los transistores ya que la suma de las intensidades requeridas por el circuito sobrepasaba la proporcionada por el Micro, poniendo a este en peligro, por lo que al colocar este circuito realizado con transistores, solo necesitamos microamperios para manejar el mismo, dejando el Micro a salvo.

    Semáforo

    SEMÁFOROS CON NEONES

    El funcionamiento de los dos circuitos es idéntico, con la única diferencia es que en vez de activar a un led externo, activa a un Optotriac(TLP3041, ó MOC3041), elemento que se compone de un led y un triac, al que está conectado un detector de luz al gatillo del mismo, mientras el led interno esté apagado el Triac no conduce, pero en el momento q el led se enciende, el Triac comienza a conducir.

    Añadiendo este elemento hemos conseguido una cosa muy importante en este tipo de montajes en los que se mezclan C.A. y C.C. y es la separación física de las mismas gracias al Optptriac, ya que entre el led y el detector de luz hay un espacio físico, que solo es traspasado por la luz del led, evitando retornos, picos, y posibilidades de errores.

    Nosotros no hemos decantado por neones que funcionan a 220Vac, por las limitaciones del Optotriac, pero cambiando este elemento por otro de mas potencia, el circuito es perfectamente viable a utilizar con componentes de mas potencia.

    Semáforo

    CALCULOS

    Control de dos leds.

    Biestable 74LS00N

    Listado de componentes y presupuesto

    Item

    Qty

    Unidad

    Subtotal

    IVA

    Micropic 16F84A

    1

    2000

    2000

    320

    74LS00N

    1

    220

    220

    35,2

    TLP3041(MOC3041)

    8

    171

    1368

    218,88

    BC547

    16

    50

    800

    128

    PLACAS FOTOSENSIBLES 150X200MM

    2

    1300

    2600

    416

    NEON VERDE

    12

    217

    2604

    416,64

    NEON ROJO

    12

    217

    2604

    416,64

    NEON AMBA

    4

    217

    868

    138,88

    LED ROJO

    12

    45

    540

    86,4

    LED VERDE

    12

    45

    540

    86,4

    LED AMBAR

    4

    45

    180

    28,8

    PUENTE REC. B125

    1

    150

    150

    24

    COND. 470 uF

    1

    30

    30

    4,8

    COND. 100nF

    1

    25

    25

    4

    REGULADOR LM7805

    1

    100

    100

    16

    DISIPADOR

    1

    225

    225

    36

    MICROINTERRUPTORES

    2

    190

    380

    30,4

    FICHAS EMPALME

    2

    100

    200

    16

    TRANSFORMADOR 220v/7,5v 0'5 Amp

    1

    810

    810

    129,6

    RESISTENCIA 8K2

    16

    5

    80

    0,8

    RESISTENCIA 240

    8

    5

    40

    0,8

    RESISTENCIA 390

    2

    5

    10

    0,8

    PAPEL FORRO

    1

    310

    310

    49,6

    TORNILLERIA

    16

    50

    800

    8

    TOTAL

     

     

    17.484 Pts

    2.613 Pts

    A PAGAR

    20.097 Pts

    120,78 €

    • MICROCONTROLADORES 2ª EDICIÓN

    “DISEÑO PRACTICO DE APLICACIONES

    Autores: J. Mª Angulo Usategui

    Ignacio Angulo Martínez

    • INTERNET

    http://www.gherson.homepage.com/

    http://usuarios.intercom.es/tmenm/MotorDC.html

    http://lupus.worldonline.es/ivantrue/ingenieriayelectronica.htm

    http://welcome.to/karpoff

    http://www.galeon.com/microchip/

    http://www.terra.es/personal/fremiro/home.htm

    http://saturno.diee.unican.es/pagina_nueva1.htm

    http://www.arrakis.es/~msyseng/

    http://www.miguelo.com.ar/mchip/index.html

    http://members.nbci.com/et12_micros/pagina_n.htm

    http://www.pablin.com.ar/electron/circuito/mc/secuen/index.htm

    http://members.nbci.com/electronicos/sitios.htm#Circuitos

    http://www.arrakis.es/~msyseng/software.htm

    15 de 15

    Con N.A. en la base, circula intensidad por el Led

    Con N.B. en la base, no circula intensidad por el Led