7/28/2019 Proteus Semaforo
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LUIS LEONARDO RIVERA ABANZA
SEBASTIN CASTELLANOS
SEMFORO SEMICONTROLADO UTILIZANDO TRIACS YOPTO ACOPLADORES
RESUMEN :En la electrnica una de las msimportantes e interesantes reas con unaamplia difusin hoy da es la automatizaciny el control no slo porque en el presentetiene una aplicacin en casi todos los campos
sino porque permite crear una cantidadilimitada de modelos al igual que una inmensavariedad de aplicaciones prcticas. Se puedeutilizar en el hogar, en el colegio, en laindustria, en el comercio, en la investigacin,en fin, en todos los campos del conocimientoy del quehacer humano puede caber unaaplicacin de la automatizacin y el control.
Adems de ello nos permite esta prcticaacercarnos a los problemas de la vida real enlos cuales se aplican los elementos de
potencia para el control que hemos visto enclase y se vinculan con etapas de lgica oetapas digitales anteriores lo que nos lleva autilizar acoplamientos que protejan estasetapas pero nos permitan trabajar con
potencia..
ABSTRACT: One of most important and
interesting areas with wide difusin on
electronics at today is automation andcontrol because of its aplications in almost all
fields of tecnology and daily life, in addition,
its unlimited capability for creating models
and practical aplications. It is posible to
aplicatte at home, industry, business, school,
research, finally, at the whole human
knowledge.
Besides, we can on through this practice get
closer to the real life issues in wich we use all
the elements and tools that we have learned atclass and vinculate previous logic or digital
stages with next power stages using
adecuated coupling elements to protect them
all.
Palabras clave: TRIAC, opto acoplador,BT136, DIAC.
OBJETIVOS
Desarrollar un proyecto de la vida realcon aplicacin til que funcioneinteligentemente y se puedareprogramar.
Mediante el uso de pocos recursoseconmicos y de hardware lograrcumplir con el primer objetivo de
manera eficaz y eficiente. Aplicar elementos de potencia yelaborar los clculos de diseo para
poder seleccionar los componentesms idneos para su funcionamiento.
INTRODUCCIN
Muchos sistemas digitales controlan a otrossistemas o realizan funciones de control talesque deben ser interconectados a una etapa de
manejo de potencia, con base enTIRISTORES (triacs, SCR, etc.) para actuarsobre cargas resistivas o inductivas ensistemas de iluminacin, o en procesosindustriales o en control de velocidad demotores, entre otros.
El manejo de potencia, es decir lamanipulacin de altas corrientes, de hastavarios centenares de amperios, implica eltener consideraciones de seguridad elctrica
para los operarios y de proteccin para elsistema digital.
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Es deseable que la interconexin entre ambasetapas (la digital y la de potencia) se haga porun medio de acoplamiento que permita aislarelctricamente los dos sistemas. Esto se puedelograr con los dispositivos llamadosOPTOACOPLADORES, mediante los cuales
se obtiene un acoplamiento ptico y, almismo tiempo, un aislamiento elctrico. Porello tambin se les conoce comoOPTOAISLADORES. El acoplamiento seefecta en el rango del espectro infra-rojo a
partir de dispositivos emisores de luz,usualmente IRED (infra-rojo) LEDs(diodosemisores de luz), actuando comoemisores y utilizando dispositivos detectoresde luz (opto detectores), actuando comoreceptores.
La razn fundamental para llevar a caboacoplamiento ptico y aislamiento elctrico es
por proteccin de la etapa o sistema digital yaque si ocurre un corto en la etapa de potencia,o cualquier otro tipo de anomala elctrica, elOPTOACOPLADOR protege toda lacircuitera digital de control. El sistema digital
puede variar entre un sistema discreto o unsistema de mayor integracin (en escalas SSI,MSI, VLI o VLSI) o un sistema integrado
programable a nivel de memorias (EPROM oEEPROM) o a nivel de dispositivos
programables "inteligentes"(microprocesadores, microcontroladores,dispositivos lgicos programables, arregloslgicos programables, controladores lgicos
programables o computadores).
CONDICIONES DE DISEO YFUNCIONAMIENTO
Antes de entrar en la etapa de diseo tuvimosen cuenta que nuestro proyecto cumpliera conlas siguientes especificaciones:
Debe estar alimentado de la redelctrica.
Reprogramable. Deber soportar condiciones de uso
real, como voltaje de la red ytemporizaciones.
Se debern usar lmparas de potenciay los dispositivos necesarios paraoperar esta parte del circuito, ya sean
tiristores, TRIACs o cualquier otroelemento adecuado.
Los tiempos deben ser reales. El circuito de control y lgica debe ser
eficiente, sencillo de programar, defcil consecucin sus elementos y
econmico. El diseo del programa debe ser
eficiente y utilizar conceptosplanteados en la teora. Adems debetener se en cuenta el uso de memoria.
El lenguaje a utilizar debe permitirhacer ajustes fciles al cdigo encualquier etapa del proyecto.
La alimentacin de este circuito decontrol se debe obtener tambin de lared.
MTODO DE DISEO
Al comenzar a trabajar en el proyecto loprimordial fue definir el proyecto, luego losmateriales a utilizar y despus el lenguaje autilizar para programar el PIC.
Despus de tener definido el proyecto,nuestros siguientes pasos fueron los
siguientes:a. Definir el tipo de semforo a disear:
peatonal, doble salida, sencillo. Estocon el fin de definir los elementosnecesarios para su construccin.
b. Escoger el tipo de TRIACs y optoacopladores a emplear, teniendo encuenta la corriente y el modo deoperacin, si transistorizados o conDIAC.
c. Elegir entre los diferentes tipos deMOC30XX el que se adaptase a lascondiciones de diseo nuestras.
d. Elegir los reguladores, puente o znera utilizar para proporcionar Vcc almicro y al circuito de la lgica.
e. Escogimos entonces el PIC, que no esotro ms que el que utilizamos duranteel semestre en las diferentesaplicaciones.
f. Definimos el lenguaje a utilizar para el
proyecto.
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JUSTIFICACIN DE ELECCIN
a. Escogimos un semforo paravehculos sencillo de un solo sentido(aunque en la programacin se dej la
posibilidad de habilitar otro desde el
mismo PIC en sentido contrario), porla facilidad del diseo y por el costode los materiales. Tambin, con el finde dejar el semforo como elementode educacin para los nios de un
preescolar de la ciudad se pens queera ms viable hacerlo lo ms simple
posible sin obviar nada de loscomponentes electrnicos tanto decontrol como de programacin.
b. Se escogi el TRIAC BT136 por sucapacidad de soportar niveles altos detensin (hasta 600V) y una corrienteconsiderable (4 A) ya que deben irconectados directamente a la red. Sedecidi utilizar un opto acoplador condetector de cruce por cero para hacerla transicin entre estados menos
brusca.
FIGURA 1. TRIAC utilizado en el proyecto(BT136) y distribucin de pines.
c. Se utiliz el MOC3041 adems deporque tiene una capacidad desoportar el voltaje AC hasta 115V, lo
cual es suficiente para nuestraaplicacin, sino por su detector decruce por cero y su configuracin con
snubber (aunque este no fue necesariode utilizar al final) para recortar los
picos de corriente y proteger elcircuito de control del de potencia.
FIGURA 2. Presentacin del encapsulado delMOC3041 con detector de cruce por cero.
FIGURA 3. Distribucin interna decomponentes y asignacin de pines delMOC3041.
d. Elegimos una configuracin de fuentecon un puente de potencia y luego slocon un diodo zner y una resistenciade potencia para brindarnos el Vcc
para el PIC. Esto lo hicimos utilizandolos siguientes clculos y teniendo encuenta que el rizado era mnimo, locual no afectaba la operacin delmicro:
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WP
mAP
RIPPotencia
R
mAmAR
II
VsalVinR
zenertotal
2.3
94.8678*)19(*
94.8678514
)1.5170(
)(
2
2
=
=
=
=
+
=
+
=
e. La corriente del circuito de control lamedimos utilizando una fuente normaly aplicamos las frmulas del zner.Utilizamos un zner de 5.1. y unaresistencia de potencia de 8.2K y 5W,
para asegurarnos.
f. Utilizamos el PIC 16F877A no sloporque es el de ms fcil consecuciny mejor precio sino porque es el que
presenta las mejores prestacionesdentro de su rango.
Figura 4. PIC 16f877A.
g. Por ltimo, la eleccin del lenguaje autilizar para programar el PIC, fuecrtica puesto que en la materia hemosvenido trabajando en lenguaje C y esmuy fcil trabajar con l por su alto
nivel. Sin embargo, como debamosestar haciendo modificacionesconstantes sobre las temporizaciones yotras variables del programa, optamos
por el ASSEMBLER que nos permiteacceder ms fcilmente a estas.
DIAGRAMA SEMFORO
1. PIC 16F877A,BT136 (TRIAC),MOC3041 (optoacoplador).
2. Puente de potencia,resistencia de
potencia, zner 5.1.,regleta.
3. Lmparas de120V/100W.
4. Asta central.5. Soporte y anclaje.
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DIAGRAMA DE BLOQUES
CONCLUSIONES
- Siempre que se vaya ainterconectar un sistema digitalcualquiera a un sistema de
potencia, es necesario haceropto acoplamiento, paragarantizar aislamientoelctrico. De no hacerlo secorren enormes riesgos que setraducirn en problemas deseguridad elctrica, daoscostosos en los sistemas decontrol digitales y perjuicios al
proceso de produccin sobre elcual se est operando.
- El anlisis y perfecta medicinde los parmetros de potenciafue de vital importancia para eldiseo de la fuente zner y
para la proteccin del circuitode control, aunque el optoacoplador asume esa funcin.
- El opto aclopador es undispositivo relativamentesimple, muy fcil de usar, conuna amplia variedad de tiposde acoplamiento y de muy bajocosto. Por ello lo ms sensatoes utilizarlo cuando se va acontrolar potencia.
- Nos queda con marcado intersla conclusin casi obvia de
tener en cuenta los imprevistosa la hora de realizar cualquier
montaje pues, aunque laelectrnica digital es en s
bastante precisa al contrario dela analgica, siempre hayinconvenientes y retrasos,generalmente debidos al factorhumano.
- Tambin como en estosproyectos se combinan factoresanalgicos, mecnicos ydigitales, esta confluencia hacean ms crtico el tiempo de
preparacin de los proyectos.Por ejemplo para el presente lafalla en un TRIAC y un MOC
y su no tan fcil consecucinen Ibagu para reponerlos.
- Por ltimo, al ir desarrollandoel proyecto nos dimos cuentade que hay muchsimasaproximaciones a un mismo
problema y que es necesariotener en cuenta sobre todos dosaspectos: mnimo nmero decomponentes y costos.
Teniendo en cuenta estosfactores se puede llevar a caboun trabajo eficiente, sin teneren cuenta estos tems se puedellevar a cabo un trabajo sloeficaz. Tambin en el presente
proyecto se tuvo muy encuenta la accesibilidad al
programa para realizarcambios rpidos en lastemporizaciones.
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ANEXO 1. PROGRAMA EN ASSEMBLER
;******************************************************************************************;* *;* SEMFORO SEMICONTROLADO CON PICF877A Y TRIACS PARA LA ETAPA DE POTENCIA *;* LUIS LEONARDO RIVERA ABAUNZA *;* SEBASTIN CASTELLNOS *
;* *;* *;* *;* MICRO: PIC 16F877A *;* OSCILADOR: 4 MHz *;* *;***********************************************************************************************;;
LIST p=16F877A#INCLUDE "p16F877A.inc"
;__CONFIG 3F71
;; ERRORLEVEL -302;; ************* DECLARACIN DE VARIABLES *******************************;
CBLOCK 20
ENDC;
PORTA EQU 0x05PORTE EQU 0x09STATUS EQU 0x03
TIEMPO1 EQU 0x20TIEMPO2 EQU 0x21TIEMPO3 EQU 0x22TIEMPO4 EQU 0x23
;ORG 00 ; VECTOR DE RESETGOTO INICIOORG 05 ; DNDE SE COMIENZA A ENSAMBLAR
;******************************************************************************************; *; MACROS Y PROCEDIMIENTOS *
; *;******************************************************************************************
RETARDO1 ; RETARDO DE 20sMOVLW D'2' ; 20s =( 3*2*150*150*150)*1usMOVWF TIEMPO4
CUATROMOVLW D'150'MOVWF TIEMPO3
TRESMOVLW D'150'
MOVWF TIEMPO2
DOSMOVLW D'150'
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MOVWF TIEMPO1
UNODECFSZ TIEMPO1,1GOTO UNODECFSZ TIEMPO2,1GOTO DOSDECFSZ TIEMPO3,1GOTO TRESDECFSZ TIEMPO4,1GOTO CUATRORETURN
RETARDO2 ; RETARDO DE 4sMOVLW D'153' ; 4s = (3*153*49*170)*1usMOVWF TIEMPO3
TRES1MOVLW D'49'MOVWF TIEMPO2
DOS1MOVLW D'170'MOVWF TIEMPO1
UNO1DECFSZ TIEMPO1,1GOTO UNO1DECFSZ TIEMPO2,1GOTO DOS1DECFSZ TIEMPO3,1GOTO TRES1RETURN
;******************************************************************************************;* *;* PROGRAMA PRINCIPAL *;* *;******************************************************************************************;;;
INICIO
BSF STATUS,5
MOVLW B'00000110'MOVLW B'00000000'MOVWF PORTAMOVLW B'00000000'MOVWF PORTEBCF STATUS,5
T1MOVLW B'00000001'MOVWF PORTAMOVLW B'11111110'MOVWF PORTECALL RETARDO1
T2MOVLW B'00000010'
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MOVWF PORTAMOVLW B'11111101'MOVWF PORTECALL RETARDO2
T3MOVLW B'00000100'MOVWF PORTAMOVLW B'11111011'MOVWF PORTECALL RETARDO1
T4MOVLW B'00000010'MOVWF PORTAMOVLW B'11111101'MOVWF PORTECALL RETARDO2GOTO T1END
;END
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ANEXO 2. CIRCUITOS MONTADOS
CIRCUITO DE RECTIFICACIN Y ADECUACIN DE LA SEAL (REGULACIN)
En este circuito luego se prescindi del LM7805 y se ubic en su lugar un zner y una resistencia depotencia que provean el Vcc del micro sin importar el rizo que era de 0.05% (Tolerable). Elcircuito que montamos finalmente qued de la siguiente manera:
Zner usado.
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CIRCUITOS DE CONTROL, ACOPLE Y POTENCIA
Los pines de salida del PIC fueron 2 (RA0), 3(RA1) y 4(RA2).
Rin = V del PIC/IMOC
Tanto el voltaje que sale del PIC como la corriente del MOC, se obtuvieron de los parmetros delDATASHEET de cada uno.
Rin = 5V/15mARin = 330 Ohmios
Las dems resistencias y componentes del circuito se eligieron teniendo en cuenta las brindadas por
los DATASHEET de los diferentes dispositivos.
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ANEXO 3. OPTO ACOPLADORES
Vemos algunos dispositivos OPTOAISLADORES, extrados del manual de reemplazos ECG (paradispositivos semiconductores), en donde se pueden apreciar varias tipos de elementos deOPTOACOPLAMIENTO: por fototransistor, fotodarlington, fotoSCR, fotoTRIAC, fotoFET, etc.Todos ellos se estudian en la teora de la opto electrnica con dispositivos semiconductores basadosen Silicio (Si) o Germanio (Ge).
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ANEXO 4. BIBLIOGRAFA
* Boylestad Robert y Nashelsky Louis. Electrnica. Teora de Circuitos. Editorial Prentice HallHispanoamericana, Mxico, 1998.
* Manualde reemplazos ECG. Silvania, USA, 2000
* Acoplamiento ptico. Ing. Nelson Ra Ceballos. Decano de las tecnologas en Electrnica y enMantenimiento de equipo biomdico.
* www.MONOGRAFIAS.COM
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