Embed Size (px)
DESCRIPTION
Proyecto Radiadores Electromagneticos
Citation preview
Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y
Eléctrica
ESIME Zacatenco
Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica
Materia: Teoría de Radiadores Electromagnéticos
“Transmisión en infrarrojo para la aplicación de
encendido y apagado de dispositivos electrónicos”.
Integrantes:
Domínguez Camacho Moisés
213301789
Flores Blanco Luis David
2013300061
Nava Reyes Luis Ángel
2013300927
Zamora Jaramillo César Ulises
2013301795
Profesor: Brito Rodríguez Rolando
Grupo: 5CM13
Resumen
Acerca del proyecto “Transmisión en infrarrojo para la
aplicación de encendido y apagado de dispositivos
electrónicos”. Se fomenta la utilidad del infrarrojo para poder
controlar cualquier aparato electrónico con el simple hecho de
ser manejado con un control de TV.
El objetivo principal de este proyecto es la aplicación de
cualquier control remoto de TV siendo utilizado para el
encendido y apagado de los dispositivos desde una distancia
no mayor a los 3mts para la comodidad de estar sentado en su
casa y controlar los aparatos de su alrededor sin la necesidad
de levantarse.
1
ContenidoCapítulo 1. Introducción........................................................................................4
Objetivos...............................................................................................................4
Justificación..........................................................................................................4
Capítulo 2. Origen del infrarrojo...........................................................................5
2.1 ¿Qué es la luz infrarroja?................................................................................5
2.2 Aplicación de los rayos infrarrojos..................................................................5
Capítulo 3 Emisores de Luz Infrarroja..................................................................6
3.1 LED.................................................................................................................6
3.1.2 Características del LED............................................................................6
3.1.3 Ventajas y Desventajas del LED...............................................................7
3.1.4 Aplicaciones del LED................................................................................8
3.2 LED Infrarrojos................................................................................................8
3.3 Especificaciones de los LED Infrarrojos..........................................................9
3.3.1 Longitud de Onda.....................................................................................9
3.3.2 Tamaño...................................................................................................10
3.3.3 Color.......................................................................................................10
3.3.4 luminiscencia..........................................................................................10
Capítulo 4 Transmisión y Recepción de datos..................................................10
4.1 Conceptos básicos de Transmisión y Recepción de Datos..........................11
4.1.1 ANCHO DE BANDA................................................................................11
4.1.2 ATENUACIÓN........................................................................................11
4.1.3 INTERFERENCIAS.................................................................................12
4.1.4 ESPECTRO ELECTROMAGNETICO....................................................12
4.2 Transmisión de Radio Frecuencias...............................................................12
4.3 Transmisión por Microondas.........................................................................13
4.4 Transmisión por Ondas Infrarrojas................................................................13
4.5 Principio de funcionamiento de la transmisión y recepción inalámbrica de datos con ondas Infrarrojas.................................................................................14
Capítulo 5 Diseño de los circuitos Electrónicos...............................................15
5.1 Diseño Electrónico del Control Remoto Infrarrojo.........................................15
5.2 Diseño Electrónico de Encendido y Apagado por Infrarrojo..........................16
5.3 Diseño Electrónico de Apagado Programable..............................................162
Anexos..................................................................................................................17
Carta Grantt del Proyecto...................................................................................17
Álbum fotográfico de la elaboración del proyecto...............................................17
Referencias.........................................................................................................17
Lista de Elementos y Costo Total.......................................................................18
3
Capítulo 1. Introducción
Objetivos
Diseñar un control remoto que sea capaz de transmitir en infrarrojo para el
encendido y apagado de dispositivos.
Diseñar un receptor infrarrojo programable para poder ser instalado en los
dispositivos.
Realizar la prueba del control y la instalación del receptor en una lámpara
A través de este proyecto proporcionar la ayuda para comodidad del
usuario al realizar el encendido y apagado de los dispositivos.
Justificación
La intención del proyecto “Transmisión en infrarrojo para la aplicación de
encendido y apagado de dispositivos electrónicos” simplemente es el hecho de
proporcionar la comodidad al usuario de poder controlar los dispositivos de su
alrededor sin tener que ir directamente a este para poder presionar el botón de
encendido o apagado. Se busca que el usuario realice esta actividad de manera
inalámbrica a través del infrarrojo el cual se encuentra en su control de TV y de
esta forma no interrumpir alguna otra actividad que esté realizando y por otro lado
también se fomenta el apagado programable de los dispositivos.
4
Capítulo 2. Origen del infrarrojo
Los infrarrojos fueron descubiertos en 1800 por William Herschel un astrónomo
inglés de origen alemán. Herschel colocó un termómetro de mercurio en el
espectro obtenido por un prisma de cristal con el fin de medir el calor emitido por
cada color. Descubrió que el calor era más fuerte al lado del rojo del espectro y
observó que allí no había luz. Esta es la primera experiencia que muestra que el
calor puede transmitirse por una forma invisible de luz. Herschel denominó a esta
radiación "rayos calóricos", denominación bastante popular a lo largo del siglo XIX
que, finalmente, fue dando paso al más moderno de radiación infrarroja.
2.1 ¿Qué es la luz infrarroja?
La luz infrarroja es la radiación electromagnética con longitudes de onda entre 700
nanómetros y 100 micrómetros. Como tiene una longitud de onda más larga que la
luz visible, tiene menos energía por fotón. Debido a su contenido de calor, los
objetos a las temperaturas terrestres normales emiten radiación infrarroja (IR).
La radiación IR constituye una forma de calentamiento por radiación, dadas las
características de absorción, se trata de un calor superficial, que es el principal
responsable de los efectos sobre el organismo. Todos los objetos a temperatura
superior al cero absoluto (-273°c) emiten radiación IR, el sol es la principal fuente
de radiación IR, constituye el 59% del espectro de emisión solar, constituyendo el
40% de la radiación que llega a la superficie terrestre
2.2 Aplicación de los rayos infrarrojos
Los infrarrojos se utilizan en los equipos de visión nocturna cuando la cantidad de
luz visible es insuficiente para ver los objetos. La radiación se recibe y después se
refleja en una pantalla. Los objetos más calientes se convierten en los más
luminosos.
Un uso muy común es el que hacen los mandos a distancia (o telecomandos) que
generalmente utilizan los infrarrojos en vez de ondas de radio ya que no interfieren
5
con otras señales como las señales de televisión. Los infrarrojos también se
utilizan para comunicar a corta distancia los ordenadores con sus periféricos.
En el tratamiento de algunas enfermedades como la enfermedad oclusiva arterial
para mantener el flujo adecuado de sangre, con la precaución de no elevar
excesivamente la temperatura; en erosiones superficiales de la piel en zonas
húmedas; en medicina deportiva debido a que presenta un efecto antiinflamatorio
debido al mayor aporte de nutrientes y células defensivas. La luz utilizada en las
fibras ópticas es generalmente de infrarrojos.
Capítulo 3 Emisores de Luz Infrarroja
Los emisores de luz infrarroja son lámparas especiales no luminosas constituidas
por filamentos de tungsteno (en ocasiones de carbono) dispuestos en una ampolla
de cristal, que contienen un gas inerte a baja presión, con su reflector
correspondiente para mejorar la direccionalidad del haz.
3.1 LED
Es un componente optoelectrónico pasivo y, más concretamente, un diodo que
emite luz. Se usan como indicadores en muchos dispositivos y en iluminación. Los
primeros ledes emitían luz roja de baja intensidad, pero los dispositivos actuales
emiten luz de alto brillo en el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta. Debido a su
capacidad de operación a altas frecuencias, son también útiles en tecnologías
avanzadas de comunicaciones y control
3.1.2 Características del LED
Existen tres formas principales de conocer la polaridad de un led:
La pata más larga siempre va a ser el ánodo
En el lado del cátodo, la base del led tiene un borde plano.
6
Dentro del led, la plaqueta indica el ánodo. Se puede reconocer porque es
más pequeña que el yunque, que indica el cátodo.
3.1.3 Ventajas y Desventajas del LED
Ventajas.
Los ledes presentan muchas ventajas sobre las fuentes de luz incandescente y
fluorescente, tales como: el bajo consumo de energía, un mayor tiempo de vida,
tamaño reducido, resistencia a las vibraciones, reducida emisión de calor, no
contienen mercurio (el cual al exponerse en el medio ambiente es altamente
nocivo), en comparación con la tecnología fluorescente, no crean campos
magnéticos altos como la tecnología de inducción magnética, con los cuales se
crea mayor radiación residual hacia el ser humano; reducen ruidos en las líneas
eléctricas, son especiales para utilizarse con sistemas fotovoltaicos (paneles
solares) en comparación con cualquier otra tecnología actual; no les afecta el
encendido intermitente (es decir pueden funcionar como luces estroboscópicas) y
esto no reduce su vida promedio, son especiales para sistemas antiexplosión ya
7
A: ánodoB: cátodo
1:lente/encapsulado epóxico (cápsula plástica).
2:contacto metálico (hilo conductor).
3:cavidad reflectora (copa reflectora).
4:terminación del semiconductor
5: yunque6: poste7: marco conductor8: borde plano
Imagen 1. Características específicas de un LED
que cuentan con un material resistente, y en la mayoría de los colores (a
excepción de los ledes azules), cuentan con un alto nivel de fiabilidad y duración.
Desventajas
Según un estudio reciente parece ser que los ledes que emiten una frecuencia de
luz muy azul, pueden ser dañinos para la vista y provocar contaminación
lumínica.4 Los ledes con la potencia suficiente para la iluminación de interiores son
relativamente caros y requieren una corriente eléctrica más precisa, por su
sistema electrónico para funcionar con voltaje alterno, y requieren de disipadores
de calor cada vez más eficientes en comparación con las bombillas fluorescentes
de potencia equiparable.
3.1.4 Aplicaciones del LED
Los ledes en la actualidad se pueden acondicionar o incorporarse en un
porcentaje mayor al 90 % a todas las tecnologías de iluminación actuales, casas,
oficinas, industrias, edificios, restaurantes, arenas, teatros, plazas comerciales,
gasolineras, calles y avenidas, estadios (en algunos casos por las dimensiones del
estadio no es posible porque quedarían espacios oscuros), conciertos, discotecas,
casinos, hoteles, carreteras, luces de tráfico o de semáforos, señalizaciones
viales, universidades, colegios, escuelas, estacionamientos, aeropuertos, sistemas
híbridos, celulares, pantallas de casa o domésticas, monitores, cámaras de
vigilancia, supermercados, en transportes (bicicletas, motocicletas, automóviles,
camiones tráiler, etc.), en linternas de mano, para crear pantallas electrónicas de
led (tanto informativas como publicitarias) y para cuestiones arquitectónicas
especiales o de arte culturales. Todas estas aplicaciones se dan gracias a su
diseño compacto.
3.2 LED Infrarrojos
Los diodos infrarrojos (IRED) se emplean desde mediados del siglo XX en mandos
a distancia de televisores, habiéndose generalizado su uso en otros
electrodomésticos como equipos de aire acondicionado, equipos de música, etc.,
y, en general, para aplicaciones de control remoto así como en dispositivos 8
detectores, además de ser utilizados para transmitir datos entre dispositivos
electrónicos como en redes de computadoras y dispositivos como teléfonos
móviles, computadoras de mano, aunque esta tecnología de transmisión de datos
ha dado paso al bluetooth en los últimos años, quedando casi obsoleta.
3.3 Especificaciones de los LED Infrarrojos
Los LED infrarrojos son un tipo específico de diodo emisor de luz (LED por sus
siglas en inglés) que produce luz en el espectro infrarrojo. La luz en este rango no
es visible para el ojo humano, pero puede ser detectada por una variedad de
dispositivos electrónicos, haciendo al LED ideal para objetos como controles
remotos, donde el LED no necesita ser visto para funcionar.
3.3.1 Longitud de Onda
La longitud de onda de la luz emitida por un LED infrarrojo cae en el espectro
infrarrojo. Mientras este espectro es bastante ancho, la mayoría de los led emitirán
luz con una longitud de onda de cerca de 1000 nm con un ancho de banda de
unos 50 nm. Esto significa que un LED con valor de 1000 nm producirá luz de
entre 950 y 1050 nm.
9
Imagen 1.1 LED Infrarrojo
3.3.2 Tamaño
80 por ciento de los LED producidos en el mundo tienen 5 mm de diámetro. Los
LED infrarrojos no son diferentes y la mayoría de ellos tiene 5 mm de diámetro.
3.3.3 Color
A pesar de que la luz emitida por un LED infrarrojo no es visible para el ojo
desnudo, la mayoría de los LED infrarrojos tienen una cubierta morada alrededor.
Esto ayuda a transmitir el color correcto de luz.
3.3.4 luminiscencia
El brillo de un LED se mide en miliwatts (mW). A pesar de que la luminiscencia de
un LED depende de la cantidad de energía con que se alimente, la mayoría de los
LED producen 20 mW de luz en su punto máximo y cerca de 1 mW de luz a un
nivel de operación promedio.
Capítulo 4 Transmisión y Recepción de datos
Los medios de transmisión son los caminos físicos por medio de los cuales viaja la
información y en los que usualmente lo hace por medio de ondas
electromagnéticas.
Los medios de transmisión vienen dividos en guiados (por cable) y no guiados (sin
cable).
Normalmente los medios de transmisión vienen afectados por los factores de
fabricación, y encontramos entonces unas características básicas que los
diferencian:
Ancho de banda: mayor ancho de banda proporciona mayor velocidad de
transmisión.
10
Problemas de transmisión: se les conoce como atenuación y se define
como alta en el cable coaxial y el par trenzado y baja en la fibra óptica.
Interferencias: tanto en los guiados como en los no guiados y ocasionan la
distorsión o destrucción de los datos.
Espectro electromagnético: que se encuentra definido como el rango en el
cual se mueven las señales que llevan los datos en ciertos tipos de medios
no guiados.
4.1 Conceptos básicos de Transmisión y Recepción de Datos
4.1.1 ANCHO DE BANDA.
El ancho de banda es el rango de frecuencias que se transmiten por un medio. Se
define como BW, y aquí encontramos como ejemplo que en BW telefónico se
encuentra entre 300 Hz y 3.400 Hz o el BW de audio perceptible al oído humano
se encuentra entre 20 Hz y 20.000 Hz. Por lo general al usar este término nos
referimos a la velocidad en que puedo transmitir. Normalmente el termino BW es
el más apropiado para designar velocidad que el de Mbps ya que este último viene
afectado por una serie de características que provocan que el primero proporcione
un dato más acertado y real de la velocidad. Dentro del ancho de banda
encontramos las siguientes categorías:
3: con velocidad de 16 Mhz.
4: con velocidad de 20 Mhz.
5: con velocidad de 100 Mhz.
5e: con velocidad de 100 Mhz.
4.1.2 ATENUACIÓN.
La atenuación depende del tipo de medio que se esté usando, la distancia entre el
transmisor y el receptor y la velocidad de transmisión. La atenuación se suele
11
expresar en forma de logaritmo (decibelio). Para ser más específico la atenuación
consiste en la disminución de la señal según las características antes dadas.
4.1.3 INTERFERENCIAS.
La interferencia está causada por señales de otros sistemas de comunicación que
son captadas conjuntamente a la señal propia. El ruido viene provocado
normalmente por causas naturales (ruido térmico) o por interferencias de otros
sistemas eléctricos (ruido impulsivo).
4.1.4 ESPECTRO ELECTROMAGNETICO.
En la física se habla de espectro como la dispersión o descomposición de una
radiación electromagnética, que contiene radiaciones de distintas longitudes de
onda, en sus radiaciones componentes. Aunque no es una definición muy clara,
dentro de los espectros nos encontramos con lo que son las señales radiales,
telefónicas, microondas, infrarrojos y la luz visible, entonces el espectro es el
campo electromagnético en el cual se encuentran las señales de cada uno de
ellas. Por ejemplo la fibra óptica se encuentra en el campo de la luz visible o la
transmisión satelital en el de las microondas.
La distorsión de una señal depende del tipo de medio utilizado y de la anchura de
los pulsos. Para cuantificar sus efectos se utilizan los conceptos de ancho de
banda de la señal y de banda pasante del medio. Ahora, los problemas de
interferencia, distorsión y ruido pueden causar errores en la recepción de la
información, normalmente expresados como aparición de bits erróneos. Los
medios de transmisión se caracterizan por tener una velocidad de transmisión de
la información máxima, a partir de la cual la cantidad de errores que introducen es
demasiado elevada (capacidad del canal).
4.2 Transmisión de Radio Frecuencias
La frecuencia. A bajas frecuencias, las ondas de radio cruzan bien los obstáculos,
pero la potencia desciende drásticamente con la distancia a la fuente. A altas
frecuencias, las ondas de radio tienden a viajar en línea recta y a rebotar en los
obstáculos. También son absorbidas por la lluvia. Además, en todo el rango de
12
radiofrecuencias, se produce interferencia con motores y equipos eléctricos.
Debido a la capacidad de viajar distancias largas y la interferencia entre usuarios,
por lo popular de esta forma de transmitir información, los gobiernos legislan el
uso de radiotransmisores, de forma de asignar distintos rangos de frecuencia o
canales, a distintos tipos de usuarios.
4.3 Transmisión por Microondas
Las microondas se encuentran en el rango de los 100 MHZ, hasta unos 100 GHz.
Estas ondas viajan en línea recta y, por tanto se pueden enfocar en un haz
estrecho. Esto se puede realizarse con una antena parabólica, lo que permite
obtener una razón señal ruido muy alta, pero las antenas transmisora y receptora
deben estar alineadas. Se utilizan en general para comunicaciones vía satélite
4.4 Transmisión por Ondas Infrarrojas
Las ondas infrarrojas son muy direccionales, y no pueden atravesar sólidos. El
hecho de que las ondas infrarrojas no atraviesen los sólidos es una ventaja. Esto
permite que las ondas no interfieran en sistemas similares en un sitio cercano. Por
esta razón es mucho más seguro, casi no hay interferencias y los rangos de
frecuencia o canales no necesitan ser administrados por un poder central. Todo lo
anterior los hace ideales para el libre uso en sitios reducidos, por ejemplo para
controles remotos, comunicaciones de dispositivo a dispositivo como PDAs,
celulares, cámaras digitales, etc. Además la propiedad de no poder atravesar
objetos los hace ideales para implementar sistemas que requieran alta privacidad,
razón por la cual que son candidatos principales para la implementación de redes
LAN inalámbricas.
13
Imagen 2. Gráfica de los diferentes
tipos de ondas.
4.5 Principio de funcionamiento de la transmisión y recepción inalámbrica de datos con ondas Infrarrojas
El principio de funcionamiento de la transmisión de señales infrarrojas es bastante
simple. Primero, se codifica digitalmente cualquier señal digital que se quiera
transmitir. Luego, esta señal debe ser montada sobre una onda portadora.
Entonces, esta señal es aplicada sobre un foto-diodo el cual debido al voltaje
aplicado sobre él, emite una luz en el rango del espectro electromagnético de las
ondas infrarrojas. Esta luz que se emite es similar a un tren de pulsos, que
representa la señal codificada que se está transmitiendo.
Esta señal viaja muy direccionalmente, hasta un LED receptor que con las ondas
infrarrojas recibidas genera voltajes, los cuales luego se filtran para desmontar la
información de la portadora, para finalmente realizar una decodificación digital de
la señal.
Capítulo 5 Diseño de los circuitos Electrónicos
14
Imagen 2.1 Un LED IR emite una luz de frecuencia infrarroja ante la presencia de un voltaje que lo polarice directamente.
Imagen 2.2 Módulo receptor IR
5.1 Diseño Electrónico del Control Remoto Infrarrojo
5.2 Diseño Electrónico de Encendido y Apagado por Infrarrojo
15
Imagen 3. Circuito Emisor
Imagen 4. Circuito Receptor
5.3 Diseño Electrónico de Apagado Programable
Imagen 6. Circuito de Apagado Programable
16
Imagen 5. Circuito Encendido y Apagado
Anexos
Carta Grantt del Proyecto
Álbum fotográfico de la elaboración del proyecto
https://drive.google.com/folderview?id=0BxUSHKkejNgMNHFZblNTaUVsODg&usp=sharing
Referencias
http://studies.ac.upc.es/fib/xc/transp/traspastema1.pdf
http://www.cec.uchile.cl/~lemoreno/Informe.pdf
EDIT. Edivayca, DICCIONARIO DIDACTICO EDUCATIVO, 1290 Pág., Colombia, 1.993
EDIT. Prolibros, enciclopedia THEMA, 6 tomos, Colombia.
17
16 de Febrero9 de Febrero2 de Febrero26 de Enero19 de Enero
PIEZAS ELEMENTO COSTO ($)CIRCUITO 1
1 LED Infrarrojo 61 Fototransistor Infrarrojo de
2 Patas6
1 Resistencias 75Ω, 1KΩ, 100KΩ
5
1 Porta baterías 81 Interruptor 51 Transistor 2N2222A 51 LED 1
TOTAL 36CIRCUITO 2
1 LED Infrarrojo 61 Fototransistor Infrarrojo de
2 Patas6
1 Resistencias 75Ω, 1K Ω, 100K Ω
5
1 Transistor 2N2222A 51 LED 1
TOTAL 23CIRCUITO 3
1 NE555 101 LED 11 Fototransistor Infrarrojo de
2 Patas6
2 Resistencias 1KΩ,100KΩ 152 Transistor 2N2222A 101 Condensador de 47µF 8
TOTAL 40CIRCUITO 4
1 NE555 101 CA4017 121 Fototransistor Infrarrojo de
2 Patas6
2 Resistencias 1KΩ, 10KΩ, 100KΩ
5
1 Condensador de 47µF 8TOTAL 46
1 Protoboard 901 Alambre 101 Soldadura 305 LEDS 54 Pilas AA 201 Placa para Soldar 100
TOTAL 255COSTO TOTAL DEL PROYECTO 400
18
Lista de Elementos y Costo Total
19
