Instituto Tecnolgico Superior De TepeacaIngeniera en Sistemas ComputacionalesProyecto:Luz Nocturna AutomticaAsignatura:Sistemas de Mando y ControlAsesor:M. C. Snchez Cuevas ArmandoAlumnos:Daniela Machorro Jurez11791030Jasmany Meneses Cebada11791007Isaura Margarita Snchez Ruiz 11791025Amairiani Vera Chvez11791002Periodo:Febrero-Junio 2015

SISTEMAS PROGRAMABLES / ROVER TELEDIRIGIDO

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INTRODUCCIN

Luz nocturna es un sistema automtico que est diseado para que cuando no exista la luz del da se prendera una bombilla, de lo contrario este se apagara. Se realiz pensando en aquellas personas que olvidan apagar las bombillas durante el da ya sea porque se encuentra en un lugar alejado o por simple descuido.SISTEMAS PROGRAMABLES / ROVER TELEDIRIGIDO Para el presente proyecto se analizar en el captulo uno, el planteamiento del problema, objetivos, justificacin. Dentro del captulo dos se analizara antecedentes y definicin de trminos en los cuales se encontrara el significado de cada componente del robot. En el captulo tres se analizara nivel de investigacin y diseo. El captulo cuatro est enfocado a lo que se va a requerir para su creacin y el cronograma de actividades de lo que se va a realizar.Creatividad Tecnolgica Y Calidad Educativa, Pilares Para La Excelencia Humana Pgina 16

NDICECAPTULO 1:61.1 Planteamiento del Problema.71.2 Formulacin del Problema71.3 Objetivos.71.3.1 Objetivos Especficos71.3.2 Metas.71.4 Justificacin de la investigacin.8CAPTULO 2:92.1. Antecedentes de la Investigacin102.2. Bases tericas102.2.1 Diagrama esquemtico102.2.2 Condensador de 2.2 uF de polister102.2.3 Resistencias112.2.4 Diodo rectificador112.2.5 Diodo zener122.2.6 Restato122.2.8 Transistor 2N3904132.2.9 Transistor 2N2907132.2.10 Optoacoplador142.2.11 TRIAC14CAPTULO 3:153.1 nivel de investigacin163.2 Diseo16CAPTULO 4:234.1 Recursos24Referencias25Anexos26

NDICE DE FIGURAS Figura 1. Diagrama esquemtico.9Figura 2. Condensador de 2.2 uF16Figura 3. Diodos rectificadores16Figura 4. Diodo zener.17Figura 5. Resistencia18Figura 6. Restato18Figura 7. Fotorresistencia19Figura 8. Transistor19Figura 9. Optoacoplador20Figura 10. TRIAC20Figura 11. Esquema finalizado21

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CAPTULO 1:EL PROBLEMA

1.1 Planteamiento del Problema. En la actualidad el ser humano sufre cada vez ms de problemas visuales, esto es debido al mal uso de la iluminacin en las diversas partes en las que el ser humano se abata como el trabajo, la escuela, etc. lo que trae como consecuencia una cantidad de dolores corporales (cuello, hombros y espalda especialmente) derivados de las posiciones anormales que, inconscientemente, el individuo adopta para evitar de alguna manera ser vctima del deslumbramiento. Por tal motivo se propone la construccin de un sistema de control de iluminacin automtico.1.2 Formulacin del Problema Uno de los retos que se plantean en ste proyecto consiste en la aplicacin de los conocimientos adquiridos; para poder lograr la reduccin primordialmente en la salud es decir el cansancio de la vista, dolores corporales y por otro lado, reducir la parte econmica. Ya que en la actualidad, bimestralmente se paga alrededor de $350 pesos, situacin que para la poblacin con condiciones econmicas como las de la regin es difcil poder pagar dicha cantidad.Mediante el diseo y construccin de un sistema de control de iluminacin automtico como el que se desarrollar se pretende reducir aproximadamente la mitad.1.3 Objetivos. Disear y construir un sistema de control de iluminacin automtico, el cual al controlar automticamente el encendido de la iluminacin y regular los niveles de la misma, permite tener un menor consumo de potencia. 1.3.1 Objetivos Especficos Emplear los conocimientos adquiridos de la materia taller de Investigacin, circuitos electrnicos y sistemas de mando y control. Conocer todos y cada uno de los componentes que forman al circuito. 1.3.2 Metas. En el diseo y construccin del sistema se requiere: Disear y construir los esquemas elctricos para describir el sistema desarrollado. Documentar el diseo. 1.4 Justificacin de la investigacin. El sistema control de iluminacin automtico, se elaborar para controlar el nivel que se requiere de pendiendo del lugar, esta temtica se realiza por la necesidad que existe, de disminuir el gasto de energa, mediante este sistema se lograr de una manera eficiente, al controlar automticamente el encendido de la iluminacin, as como regular los niveles de la misma, lo cual permitir tener un menor consumo de potencia y ahorro de la energa.

CAPTULO 2: Marco Terico

2.1. Antecedentes de la InvestigacinSe diseara un dispositivo electrnico que se encargara de encender un bombillo, en el momento que el sol se oculte; se prende automticamente cuando y cuando el sol vuelva a salir este se apaga, igual que las lmparas de iluminacin del alumbrado pblico.Otra de nuestras motivaciones para hacer este circuito es dar a conocer algunos componentes como los optoacopladoresy losTriacs, enseando su funcionamiento bsico.

2.2. Bases tericas 2.2.1 Diagrama esquemtico

Figura 1. Diagrama esquemtico.El presente circuito funciona con voltajes desde 120 hasta 220 voltios, sin necesidad de realizar ningn cambio. Por eso el condensador (C1) de la entrada de corriente (225) es a 250 voltios como mnimo y el condensador de rectificacin (C2) (22 uF) es a 350V, ya que si se alimenta este circuito con 220 voltios AC, al momento de ser rectificados se convierten aproximadamente en 330 voltios DC. [1]El bombillo puede ser hasta de 100W. Se puede usar uno de ms potencia, siempre y cuando cambie elTriacBT136, por uno que soporte ms amperios como elBTA08600, que soporta hasta 8 amperios. Se debe usar un disipador para mantener el Triacrefrigerado.[1]

2.2.2 Condensador de 2.2 uF de polisterEs un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrnica, capaz de almacenar energa sustentando un campo elctrico. Est formado por un par de superficiesconductoras, generalmente en forma de lminas oplacas, en situacin deinfluencia total(esto es, que todas laslneas de campoelctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un materialdielctricoo por elvaco. Las placas, sometidas a unadiferencia de potencial, adquieren una determinadacarga elctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variacin de carga total. [1]Aunque desde el punto de vista fsico un condensador no almacena carga nicorriente elctrica, sino simplementeenerga mecnicalatente; al ser introducido en uncircuitose comporta en la prctica como un elemento "capaz" de almacenar laenerga elctricaque recibe durante el periodo de carga, la misma energa que cede despus durante el periodo de descarga. [1]2.2.3 ResistenciasSe le denominaresistencia elctricaa la igualdad de oposicin que tienen los electrones al moverse a travs de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (), en honor al fsico alemn Georg Ohm, quien descubri el principio que ahora lleva su nombre. [1]Para un conductor de tipo cable, la resistencia est dada por la siguiente frmula:

La resistencia de un material depende directamente de dicho coeficiente, adems es directamente proporcional a su longitud (aumenta conforme es mayor su longitud) y es inversamente proporcional a su seccin transversal (disminuye conforme aumenta su grosor o seccin transversal). [1]2.2.4 Diodo rectificadorEs uno de los dispositivos de la familia de los diodos ms sencillos. El nombre diodo rectificador procede de su aplicacin, la cual consiste en separar los ciclos positivos de una seal de corriente alterna. [1]Si se aplica al diodo una tensin de corriente alterna durante los medios ciclos positivos, se polariza en forma directa; de esta manera, permite el paso de la corriente elctrica.Pero durante los medios ciclos negativos, el diodo se polariza de manera inversa; con ello, evita el paso de la corriente en tal sentido. [1]Durante la fabricacin de los diodos rectificadores, se consideran tres factores: la frecuencia mxima en que realizan correctamente su funcin, la corriente mxima en que pueden conducir en sentido directo y las tensiones directa e inversa mximas que soportarn. [1]Una de las aplicaciones clsicas de los diodos rectificadores, es en las fuentes de alimentacin; aqu, convierten una seal de corriente alterna en otra de corriente directa. [1]

2.2.5 Diodo zenerEs un tipo especial dediodo, que siempre se utilizapolarizado inversamente, lacorrientecircula en contra de laflechaque representa el diodo. [1]Si eldiodo zenerse polariza en sentidodirectose comporta como un diodo rectificador comn; y cuando funcionapolarizadoinversamentemantiene entre sus terminales unvoltajeconstante. [1]

2.2.6 RestatoEs una de las dos funciones elctricas del dispositivo denominado resistencia variable, resistor variable o ajustable. La funcin restato consiste en laregulacin de la intensidad de corriente a travsde la carga, de forma que se controla la cantidad de energa que fluye hacia la misma; se puede realizar de dos maneras equivalentes: La primera conectando el cursor de la resistencia variable a la carga con uno de los extremos al terminal de la fuente; la segunda, conectando el cursor a uno de los extremos de la resistencia variable y a la carga y el otro a un borne de la fuente de energa elctrica, es decir, en una topologa, con la carga, de circuito conexin serie. [1]Los restatos son usados en tecnologa elctrica (electrotecnia), en tareas tales como el arranque demotoreso cualquier aplicacin que requiera variacin deresistenciapara el control de la intensidad de corriente elctrica. [1]2.2.7 FotorresistenciaEs unaresistenciaque vara su valor dependiendo de la cantidad deluzque la ilumina.Losvaloresde unafotorresistenciacuando est totalmente iluminada y cuando est totalmente a oscuras vara. [1]Puede medir de 50 ohmiosa 1000ohmios (1K) en iluminacin total y puede ser de 50K (50,000 Ohms) a varios megaohmios cuando est a oscuras. [1]Los cristales utilizados ms comunes son: sulfuro de cadmio y seleniuro de cadmio. El valor de lafotorresistencia(en Ohmios) no vara de forma instantnea cuando se pasa de luz a oscuridad o al contrario, y el tiempo que se dura en este proceso no siempre es igual si se pasa de oscuro a iluminado o si se pasa de iluminado a oscuro. [1]

2.2.8 Transistor 2N3904Es uno de los ms comunestransistores NPNgeneralmente usado paraamplificacin. Este tipo de transistor fue patentado porMotorola Semiconductoren los aos 60, junto con elTransistor PNP2N3906, y represent un gran incremento de eficiencia, con un encapsuladoTO-92en vez del antiguo encapsulado metlico. Est diseado para funcionar a bajasintensidades, bajas potencias,tensionesmedias, y puede operar a velocidades razonablemente altas. Se trata de un transistor de bajo costo, muy comn, y suficientemente robusto como para ser usado en experimentos electrnicos. [1] Es un transistor de 200miliamperios, 40voltios, 625milivatios, con unafrecuencia de transicinde 300MHz,con unabetade 100. Es usado primordialmente para la amplificacin analgica. [1]ElTransistor PNPcomplementario del 2N3904 es el2N3906. ElTransistor NPN2N2222es otro transistor muy popular, con caractersticas similares al 2N3904, pero que permite intensidades mucho ms elevadas.No obstante, en todas las aplicaciones que requieren baja intensidad, es preferible el uso del 2N3904. Es un transistor muy popular para aficionados debido a su bajo coste. [1]

2.2.9 Transistor 2N2907Es un componente electrnico disponible en el mercado, unPNPtransistor de unin bipolarutilizado para los fines generales de baja potenciade amplificacino aplicaciones de conmutacin.Est diseado para la baja a mediaactual, bajapotencia, mediatensin, y puede operar a moderadamente altas velocidades. [1]Es de 0,6-amperios, 60voltios, 400 milis-vatiostransistor.La ganancia de corriente de un transistor se especifica con dos valores.Beta es la relacin entre el cambio en la corriente de colector para un cambio en la corriente de base (la ganancia de corriente), medido a bajas frecuencias.Elproducto ganancia-ancho de bandaes una medida de cmo la ganancia del transistor disminuye con la frecuencia debido al efecto de desviacin de la capacitancia de la unin perdida.El valor vara dependiendo de las condiciones de funcionamiento del dispositivo. [1]Para el 2N2907, el producto ganancia-ancho de banda bajo condiciones de ensayo especificadas, ofT, es de 200Mega Hertz, que es tericamente la frecuencia a la que la ganancia de corriente se reduce a una.Uso prctico de un transistor requiere que se utiliza para frecuencias mucho menores quefT.A bajas frecuencias, la ganancia de corriente (beta) es al menos 100. El 2N2907 se utiliza en una variedad de amplificacin analgica y aplicaciones de conmutacin. [1]2.2.10 OptoacopladorTambin llamadooptoaisladoro aislador acoplado pticamente, es un dispositivo de emisin y recepcin que funciona como un interruptor activado mediante la luz emitida por undiodo LEDque satura un componenteoptoelectrnico, normalmente en forma defototransistoro fototriac. De este modo se combinan en un solo dispositivo semiconductor, un fotoemisor y un fotorreceptor cuya conexin entre ambos es ptica. Estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipoDIP. Se suelen utilizar para aislar elctricamente a dispositivos muy sensibles. [1]2.2.11 TRIACUnTRIACoTriodo para Corriente Alternaes un dispositivosemiconductor, de la familia de los tiristores. La diferencia con un tiristorconvencional es que ste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podra decirse que el TRIAC es uninterruptorcapaz de conmutar lacorriente alterna.Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposicin que formaran dosSCRen direcciones opuestas.Posee treselectrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominacin de nodo y ctodo) ypuerta. El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al electrodopuerta. [1]

CAPTULO 3: Marco metodolgico

3.1 nivel de investigacin De acuerdo a la naturaleza del estudio de la investigacin rene por su nivel las caractersticas de un estudio descriptivo y explicativo. Ya que de acuerdo a la investigacin se determin que la mayor parte de la sociedad deja la bombilla encendida por un da, dos o inclusive se les llega olvidar por una semana provocando que se consuma un alto nivel de energa. Los principales mtodos que se utilizaron en la investigacin son: Anlisis, sntesis, deductivo, estadstico, etc. Este proyecto se adapta de la mejor manera ya que soluciona un problema de la sociedad.3.2 Diseo El sistema automtico de iluminacin luz nocturna automtica Este circuito funciona con voltajes desde 120 hasta 220 voltios, sin necesidad de hacerle ningn cambio. Por eso el condensador (C1) de la entrada de corriente (225) es a 250 voltios como mnimo y el condensador de rectificacin (C2) (22 uF) es a 350V, ya que si alimentamos este circuito con 220 voltios AC, al momento de ser rectificados se convierten aproximadamente en 330 voltios DC. El bombillo puede ser hasta de 100W. Puede usar uno de ms potencia, siempre y cuando cambie elTriacBT136, por uno que soporte ms amperios como elBTA08600, que soporta hasta 8 amperios. No olvide usar un disipador para mantener el Triacrefrigerado.El proyecto est compuesto por:Una de las grandes virtudes de este circuito es queno necesita transformador. En este caso usamos un circuito muy sencillo que baja el voltaje y lo rectifica, ahorrando dinero y espacio.El condensador (C1) de 2.2 uF de polister, est en serie a la entrada del voltaje de la red pblica, restringiendo el paso de corriente (amperios). Este condensador slo permite el paso de unos 60 mA aproximadamente, facilitando la reduccin de voltaje que se har ms adelante. La resistencia de 330K (R1) que est en paralelo con el condensador (C1), se encarga de descargar el condensador a la hora de desconectar el circuito, evitando que el condensador quede cargado y pueda enviarnos una descarga elctrica, al momento de manipular el circuito. En el otro cable de entrada de la red pblica hay una resistencia de 10 ohmios (R2) que funciona como fusible y tambin ayuda a limitar la corriente. [1]

Figura 2. Condensador de 2.2 uFLuego de que la corriente pasa por el condensador y la resistencia, llega a un puente de diodos formado por 4 diodos rectificadores, que se encargan de separar los semiciclos positivos de los negativos, entregndolos por separado, para luego ser rectificados por un condensador (C2), convirtiendo la corriente alterna (AC) en corriente directa (DC).Recordemos que al rectificar una corriente se eleva su voltaje, multiplicndolo por raz de 2 que es1.4141. Esto quiere decir que para una alimentacin de 120 voltios AC, obtendremos a la salida del puente de diodos un voltaje de 169 voltios, menos 2 voltios de consumo del puente y algunas perdidas, tendremos unos 157 voltios aproximadamente. Y para una alimentacin de 220 voltiosAC, tendremos un voltaje de salida de unos 305 voltiosDCaprox. Por esta razn el condensador de la fuente rectificadora debe ser de350 voltios, de lo contrario se estallar al momento de conectar el circuito. [1]

Figura 3. Diodos rectificadoresEl voltaje rectificado y con una corriente pequea, se debe bajar el voltaje a unos 10 voltios DC. Para esto se utiliza undiodo zener. Es importante resaltar que un diodo zenernose debe conectar sin su respectiva resistencia de polarizacin, que limita la corriente que alimentar el zener, de lo contrario el zener se quemar.La resistencia de 39K a 5 watts (R3) que vemos en la fotografa es la resistencia de polarizacin del zener. Es necesario que sea a 5W, ya que el esfuerzo que tiene que hacer para bajar la corriente, genera un calor relativamente alto. La frmula para calcular esta resistencia es la siguiente:RZ = Vt Vz / Iz Resistencia de polarizacin = voltaje total menos el voltaje del zener, dividido por los amperios del zener. Tenemos que: 305VDC 10 = 295VDC / 0.02 Amp = 14.750 ohmios. Podra ser una resistencia de15K, pero al hacer la prueba se calentaba demasiado, por lo que optamos por buscar la resistencia ms alta, antes de que se caiga el voltaje por falta de corriente. La resistencia mxima es de 47K y la mnima sin exceso de calor es de 33K. [1]. Figura 4. Diodo zener.

En la fotografa podemos apreciar los otros componentes que acompaan el diodo zener.La resistencia de 10K (R4), le ayuda al zener a soportar la carga. Va en paralelo a tierra con el diodo zener. El condensador de 47 uF (C3) y el condensador cermico de 0.1 uF (C4) rectifican nuevamente la corriente, quitando posibles rizos.Cuando hicimos la prueba en el protoboard sin estos dos condensadores, notamos que titilaba levemente el bombillo, sobre todo al usar una lmpara de nen. Por esta razn los colocamos, logrando una iluminacin estable y sin fluctuaciones. [1]

Figura 5. Resistencia

Ahora viene el circuito que se encarga de la automatizacin de encendido al detectar oscuridad y apagado al detectar luz. El restato que vemos en la fotografa (RV1) forma parte de un divisor de voltaje, junto con una fotorresistencia. Se puede colocar una resistencia fija de 10 o 15K, pero el restato da la posibilidad de graduar la sensibilidad del circuito. Entrando en materia: Cuando la corriente pasa por el restato y llega al punto centro entre el restato y la fotorresistencia. Si la fotorresistencia est recibiendo luz, baja su impedancia a 0 ohmios, polarizando negativamente la base del transistor. Al momento que se oscurece el ambiente, la fotorresistencia sube su impedancia a ms de 100K, restringiendo transistor2N3904. [1]

Figura 6. RestatoLa fotorresistencia oRDL(resistencia dependiente de la luz), es unaresistenciavariable que cambia su impedancia de acuerdo a la cantidad deluzque absorba en su superficie.Como se puede observar en la fotografa, le hemos colocado un recubrimiento en su parte inferior. Esto con el fin de que no reciba luz por debajo, ya que si esto sucede, no funcionar correctamente. Como no queramos que quedara la resistencia pegada a la tarjeta del circuito impreso, usamos un trozo de un bolgrafo viejo y lo cubrimos con cinta aislante negra. De la buena ubicacin de la fotorresistencia, depende la precisin en el funcionamiento de nuestro circuito. [1]

Figura 7. FotorresistenciaAl momento que la fotorresistencia tiene su impedancia muy alta, se polariza positivamente la base del transistor2N3904(NPN). En ese momento el transistor conduce entre colector y emisor, polarizando negativamente la base del transistor2N2907que es de polaridad PNP. Esto quiere decir que conduce cuando su base es estimulada con un voltaje negativo. Al conducir el transistor2N2907, pasa un voltaje positivo de colector a emisor y llega hasta el optoacoplador. [1]

Figura 8. TransistorEloptoacoplador es un relevo de estado slido, tambin conocido con el nombre deoptoaisladoro aislador acoplado pticamente. Para el caso delMOC3021, sus patas 1 y 2 van internamente a undiodoLEDque al iluminar, excita unfototriacque permite conducir corriente entre las patas 4 y 6 del optoacoplador. Se utiliza para aislar elctricamente el circuito anterior que es alimentado a 10 voltios y unos pocos miliamperios, de la parte donde manejaremos el voltaje de la red pblica.[1]Esta es una de las grandes ventajas de usar un optoacoplador, ya que sirve para aislar un circuito de otro, evitando catstrofes a la hora de un corto circuito.Al momento que el transistor2N2907conduce, le enva un voltaje al LED que se encuentra dentro delMOC3021.Como el voltaje que llega al optoacoplador es de 10 voltios y un LED slo puede ser alimentado con 3 voltios, colocamos una resistencia de 390 ohmios en serie con el pin 2 que es el pin de tierra o negativo. [1]

Figura 9. OptoacopladorElTRIACes un dispositivosemiconductor de la familia de lostransistores, pero con la particularidad que puede conducir en dos direcciones. Es decir que puede conducir corriente alterna, algo que no pueden hacer los transistores. Tambin son llamados relevos de estado slido. Tiene tres patas:T1,T2yG(compuerta en ingles es Gate).Al momento que el optoacoplador es accionado por el transistor, este conduce entre sus pines 4 y 6, enviando una corriente a la compuerta del Triac. El Triac conduce la corriente de la red pblica y como el bombillo est en serie, este se enciende. Al momento que no llega corriente a la compuerta del Triac, este deja de conducir y el bombillo se apaga. [2]

Figura 10. TRIACCuando la resistencia vuelve a recibir luz, esta baja su impedancia, y se polariza negativamente la base del transistor2N3904. Como este transistor esNPN, no conduce y por lo tanto tampoco el otro transistor, ni elOptoacopladory por lgica tampoco elTriac.Si queremos direccionar la fotorresistencia a un punto de luz especifico, podemos entubarla, tal como se aprecia en la foto. Esto se usa para alarmas o por ejemplo para subir la puerta del garaje al encender las luces. En fin; Dejamos a la imaginacin de cada uno una infinidad de posibilidades a partir de un circuito tan sencillo, pero til como este. [1]Y finalmente se observara de la siguiente manera:

Figura 11. Esquema finalizado

CAPTULO 4: Aspectos administrativos.

4.1 Recursos Requerimiento: Cuatro alumnos de la Carrera de Ingeniera en Sistemas ComputacionalesDuracin: De 4 a 5 meses a partir de la fecha de aceptacin del proyecto.

Condiciones de infraestructura: Espacio ventilado, con energa elctrica, servicio de Internet, acceso a Centro de Informacin.Creatividad Tecnolgica Y Calidad Educativa, Pilares Para La Excelencia Humana Pgina 24

Referencias

1. Construya una luz nocturna automtica, Bogot, 03 de marzo de 2015, obtenido: http://construyasuvideorockola.com/proyect_luz_automatica.php2. Facultad de ingeniera, El TRIAC, obtenido: http://www.fra.utn.edu.ar/download/carreras/ingenierias/electrica/materias/planestudio/quintonivel/electronicaII/apuntes/triac.pdf

Anexos En las siguientes figuras se muestra como se realiza el proyecto luz nocturna automtica.En las figuras se muestra la colocacin de los primeros componentes en la protoboar. Figura 12. Asignacion de componentes

En las siguientes figuras se muestra la conexin de todo el cableado que este circuito lleva.Figura 13. Conexion de cableadoSe muestran las pruebas respectivas con una bombilla.Figura 14. PruebasCreatividad Tecnolgica Y Calidad Educativa, Pilares Para La Excelencia Humana Pgina 26