proteus semaforo

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  • 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.

    * [email protected]

    * www.MONOGRAFIAS.COM

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