GUIA DE LABORATORIO

CONTROL DE TEMPERATURA EN MODO ON – OFF CON HISTERESIS

Ing. Sandra Milena Jurado

El control ON-OFF es el regulador más sencillo y usado en varios sistemas domésticos, comerciales e industriales. A continuación, encontrará la descripción de las diferentes etapas de dicho lazo de control, además de las actividades que cada grupo debe realizar en esta práctica.

Diagrama de bloques de un sistema de control de temperatura en modo ON- OFF con histéresis.

A continuación se describen cada uno de los bloques. Usted debe realizar las actividades planteadas para cada bloque.

Elementos de entrada:

Los elementos de entrada son los dispositivos a través de los cuales se fija el valor deseado de la variable a controlar, en este caso, como se desea realizar un control ON-OFF con histéresis, el usuario debe fijar un rango deseado con un valor máximo y un valor mínimo, por lo que se requieren dos “dispositivos de entrada”. Dichos dispositivos de entrada se implementaran a través de dos circuitos divisores de voltaje, cada uno, conformado por una resistencia fija y una resistencia variable o potenciómetro de precisión, alimentados por una fuente de 5 voltios.

Actividades:

1. Calcule el valor de la resistencia fija, si la resistencia variable es de 1 Kilohmio, para obtener como señal de salida un voltaje entre 0 y 100 milivoltios en el potenciómetro.

2. Implemente los dos divisores de voltaje en una protoboard.

Comparadores

La señal de cada una de las referencias dada por el usuario, debe ser comparada con la señal proveniente del sensor de temperatura. Dependiendo de la configuración del circuito el comparador entregará unas señales indicando si la señal del sensor está por encima o por debajo de los valores fijados por el usuario. Recuerde: cuando la señal de la entrada no inversora (+) es mayor que la señal de la entrada inversora (-) el comparador pone a la salida un valor equivalente al voltaje de alimentación, que será Vcc = 5 V para obtener un 1 lógico (TTL). Si la entrada no inversora es menor que la señal de la salida inversora el comparador se obtiene un voltaje de 0 V (0 lógico).

La función de los comparadores la realizará un circuito integrado LM339.

A continuación se presenta el esquema interno de este comparador

Actividades:

1. Utilice dos de los 4 comparadores que trae el LM339, uno para comparar la señal del sensor con el valor de referencia máximo y otro para comparar la señal del sensor con el valor de referencia mínimo.

2. Configure las entradas de los dos comparadores de tal forma que se obtenga un 0 lógico cuando la señal del sensor este por debajo de los valores de referencia y un 1 lógico cuando la señal del sensor este por encima de los valores de referencia.

3. Implemente otro circuito divisor de voltaje para simular la señales del sensor que también deben ser estar entre 0 y 100 mili voltios.

4. Pruebe los dos circuitos comparadores con una señal de alimentación Vcc de 5 voltios.

Salida 1.

Entrada (-) (2) 4.

Entrada (+) (2) 5.

Entrada (-) (1) 6

Entrada (+) (1) 7. 8 (-) entrada 3.

9 (+) entrada 3.

11 (+) entrada 4.

10 (-) entrada 4

12 GND (tierra)

13 salida 4.

14 salida 3

Salida 2.

Vcc 3

Controlador

La acción de control ON-OFF puede ser implementada utilizando compuertas lógicas y circuitos FLIP-FLOP. En la siguiente figura se muestra un esquema interno del bloque controlador:

La tabla de verdad de la compuerta NAND es:

REF MAX REF MIN NAND0 0 10 1 11 0 11 1 0

La tabla de verdad del FLIP FLOP SC es:

S C Q Q negado0 0 Invalido Invalido0 1 1 01 0 0 11 1 No hay cambio No hay cambio

Actividades:

1. De acuerdo con las posibles salidas de los comparadores y a las tablas de verdad proporcionadas verifique si la acción de control deseada se obtiene por Q o por Q negado. La acción de control deseada es la siguiente: Si la señal del sensor está por debajo de los límites inferior y superior la salida del

controlador debe ser un 1 lógico. Si la señal del sensor supera el límite inferior pero no el superior y va aumentando su

valor, se espera que se conserve el estado anterior (1 lógico) en la salida del controlador.

Si la señal del sensor supera los límites inferior y superior la salida del controlador debe corresponder a un 0 lógico.

Si la señal del sensor disminuye por debajo del límite superior pero aún está por encima del inferior se debe conservar su estado anterior (0 lógico).

2. El FLIP FLOP SC también puede ser implementado como un registro básico de compuertas NAND, bajo la siguiente conexión:

Monte el circuito del bloque controlador, implementando el registro mostrado en la figura anterior. Pruebe sus salidas alimentando las compuertas con un voltaje de 5 voltios y simulando posibles señales del sensor a través del circuito divisor de voltaje adicional que se montó para probar los comparadores.