COLEGIO TÉCNICO SALESIANO COLEGIO TÉCNICO SALESIANO COLEGIO TÉCNICO SALESIANO COLEGIO TÉCNICO SALESIANO
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DU CHA ELÉCTRICA
Tesis previa a la obtención del título de bachiller técnico industrial en la especialidad de Instalaciones Equipos y Maquinas Eléctricas.
DIRECTOR: Sr. Gustavo Parra AUTORES: Ronald Leandro Morocho Punín Mario Andrés Ortega Peláez
CUENCA - ECUADOR
2008-2009
Sr. Gustavo Parra:
Certifica haber dirigido y revisado prolijamente cada uno de los capítulos de la tesis:
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DU CHA
ELÉCTRICA , realizado por Ronald Leandro Morocho Punín y Mario Andrés Ortega
Peláez. .
Certifico igualmente el nivel de independencia y creatividad así como la disciplina en el
cumplimiento de su plan de trabajo. Por lo tanto por cumplir con los requisitos
establecidos autorizo su presentación.
Cuenca, 29 de mayo del 2009
____________________
Sr. Gustavo Parra
ii
Dedicatoria: Quiero dedicar esta monografía y toda mi vida estudiantil hasta el momento, a Dios por darme la vida y todo lo que tengo, a mi padre, madre y hermano quienes han sido la piedra angular en mi formación humana, también la dedicatoria va para todas esas personas que han influido en mi vida de una manera positiva o negativa, ya que queda en nosotros poder sacarle provecho a todas las experiencias vividas.
Ronald.
iii
Dedicatoria: Dedico esta monografía y todo el esfuerzo que conllevó, a personas cruciales en mi vida que me han apoyado desde el principio. Estos seres tan queridos son mi madre y padre. A quienes les debo mi vida y la oportunidad de haber culminado estos seis años de estudio. Mario Andrés
iv
Agradecimiento:
Queremos dejar presente en esta monografía el mas sincero agradecimiento a todas las personas que hicieron posible la realización de este Proyecto, de manera especial al Ing. Pablo Rodas, quien de una manera desinteresada siempre nos brindo su ayuda y nos supo hacer caer en cuenta de los errores del proyecto para corregirlos. También al Sr. Gustavo Parra por confiar en nuestra capacidad y responsabilidad para el culmen del proyecto.
Ronald y Mario
v
LOS MIEMBROS DEL TRIBUNAL DE CALIFICACIÓN Y SUSTENTACIÓN DE
LA MONOGRAFÍA
CERTIFICAN
Que la presente monografía ha sido revisada prolijamente y por lo tanto.
APROBADA
___________________
Presidente del Tribunal
_________________
Miembro del Tribunal
_________________
Miembro del Tribunal
Cuenca, 5 de junio del 2009
1 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
ÍNDICE
CAPITULO I: DUCHA (TEORÍA):
Introducción………………………………………………………….……..……..…. 4
Conceptos Generales………………………………………………….………..…….. 5
1.1 Resistencia Eléctrica……………………………………………………………… 5
1.2 Efecto Joule……………………………………………………….………..……... 9
1.2.1 Aplicaciones del efecto Joule……………………………………………….11
1.3 Resistencia Calentadora……………………………………….…………………. 12
1.3.1 Resistencias Calentadoras Comerciales……………………………..…………...13
CAPITULO II: ELEMENTOS DEL CONTROL DE TEMPERATURA
2.1 Termistor……………………………………………………………………... 16
2.1.1 Termistor NTC……………………………………………………………... 16
2.1.2 Termistor PTC……………………………………………………………... 19
2.2 Microcontroladores……………………………………………..……………. 19
2.2.1 Introducción………………………………………………………….…….. 20
2.2.2 Diferencia entre microprocesador y microcontrolador…………………….. 21
2.2.3 Partes principales de un microcontrolador…………………………………. 21
2.2.4 Recursos auxiliares………………………………………………………… 22
2.2.5 Familia PIC’s 16F87X…………………………………………………….. 25
2.2.6 Distribución de Terminales…………………………………..……………. 26
2.2.7 Consideraciones generales ………………………………………………... 28
2.2.8 Circuitería Externa Mínima……………………………………………….. 29
2.3 Pantalla LCD…………………………………………….……………….…. 31
2.3.1 LCD 2x16…………………………………………………………………. 34
2.4 Desarrollo del software……………………………………………………… 35
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CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
2.4.1 Mikro Basic………………………………………………………………. 37
2.4.2Proteus…………………………………………………………………….. 38
2.4.3 WinPic800………………………………………………………………... 39
CAPITULO III: PRUEBAS:
Prueba 1…………………………………………………………………………. 40
Prueba 2…………………………………………………………….…………… 41
Prueba 3…………………………………………………………….…………… 44
CAPITULO IV: DESARROLLO DEL PROYECTO:
4.1 Termómetro digital……………………………………………………………. 49
4.2Disparador del TRIAC……………………………………………………….. 51
4.3Circuito Angulo de disparo y termómetro digital…………………………. 57
4.4 Elaboración del Circuito Impreso………………………………………… 60
CONCLUSIONES……………………………………………....…….…………… 63
RECOMENDACIONES……………………………………………….…….…….. 64
BIBLIOGRAFÍA:………………………………………………………………… 65
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CAPITULO I. DUCHA ELÉCTRICA (TEORÍA)
4 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
Introducción.
Las duchas eléctricas son unidades muy pequeñas instaladas a poca distancia del
lugar donde se requiere el agua caliente. Son alimentados con electricidad y se
activan automáticamente por flujo o manualmente con un interruptor. Su uso se
reduce a unas pocas aplicaciones comerciales o domésticas.
Tienen un elevado consumo eléctrico van desde 1500 a 5000 W. Solo tienen un uso
práctico en países de clima templado, dada su baja capacidad de calentamiento.
Podemos encontrar ejemplos de su uso instalados directamente a lavamanos o como
las famosas duchas de punto, muy utilizadas en viviendas económicas en países de
clima templado.
En su interior una ducha consta únicamente de una resistencia calentadora. Es el
objetivo de este capitulo, dar a entender el la estructura y los principios de
funcionamiento de este componente.
Ilustración 1 Ducha Eléctrica
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Conceptos generales.
1.1 Resistencia Eléctrica
Se denomina resistencia eléctrica, R, de una sustancia, a la oposición que encuentra la
corriente eléctrica para circular a través de dicha sustancia. Su valor viene dado en ohmios, se
designa con la letra griega omega mayúscula (Ω), y se mide con el Óhmetro.
Ilustración 2 Símbolo técnico de una resistencia eléctrica
La razón por la cual se acordó utilizar esa letra griega en lugar de la “O” del alfabeto latino fue
para evitar que se confundiera con el número cero “0”
Esta definición es válida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate
de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni capacitiva. De existir estos
componentes reactivos, la oposición presentada a la circulación de corriente recibe el nombre
de impedancia.
Según sea la magnitud de esta oposición, las sustancias se clasifican en conductoras, aislantes
y semiconductoras. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas
condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que
el valor de la resistencia es prácticamente nulo.
El ohm se define como la resistencia que ofrece al paso de la corriente eléctrica una columna
de mercurio (Hg) de 106,3 cm de alto, con una sección transversal de 1 mm2, a una
temperatura de 0o Celsius.
De acuerdo con la “Ley de Ohm”, un ohm (1Ω) es el valor que posee una resistencia eléctrica
cuando al conectarse a un circuito eléctrico de un volt (1V) de tensión provoca un flujo de
corriente de un amperio (1A). La fórmula general de la Ley de Ohm es la siguiente:
Ω
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La resistencia eléctrica, por su parte, se identifica con el símbolo o letra (R) y la fórmula para
despejar su valor, derivada de la fórmula general de la Ley de Ohm, es la siguiente:.
Ω
1.1.2 Calculo de la Resistencia Eléctrica de un material al paso de corriente.
Para calcular la resistencia (R) que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica, es
necesario conocer primero cuál es el coeficiente de resistividad o resistencia específica (rho)
de dicho material, la longitud que posee y el área de su sección transversal.
A continuación se muestra una tabla donde se puede conocer la resistencia específica en mm2
/ m, de algunos materiales, a una temperatura de 20° Celsius.
Tabla 1 Resistividad Específica
Para realizar el cálculo de la resistencia que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica,
se utiliza la siguiente fórmula:
De donde:
Material Resistividad ( Ω · mm2 / m ) a 20º C
Aluminio 0,028
Carbón 40
Cobre 0,0172
Constatan 0,489
Nicromo 1,5
Plata 0,0159
Platino 0,111
Plomo 0,205
Tungsteno 0,0549
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R = Resistencia del material (Ω).
ρ = Coeficiente de resistividad o resistencia específica del material en
, a una
temperatura dada.
l = Longitud del material en metros.
s = Superficie o área transversal del material en mm2.
1.1.3 Como influye la temperatura en la resistencia del conductor.
La temperatura influye directamente en la resistencia que ofrece un conductor al paso de la
corriente eléctrica. A mayor temperatura la resistencia se incrementa, mientras que a menor
temperatura disminuye.
Sin embargo, teóricamente toda la resistencia que ofrecen los metales al paso de la corriente
eléctrica debe desaparecer a una temperatura de 0° K (cero grado Kelvin), o "cero absoluto",
equivalente a – 273,16º C (grados Celsius), o – 459,69º F (grados Fahrenheit), punto del
termómetro donde se supone aparece la superconductividad o "resistencia cero" en los
materiales conductores.
En el caso de los metales la resistencia es directamente proporcional a la temperatura, es decir
si la temperatura aumenta la resistencia también aumenta y viceversa, si la temperatura
disminuye la resistencia también disminuye; sin embargo, si hablamos de elementos
semiconductores, como el silicio (Si) y el germanio (Ge), por ejemplo, ocurre todo lo
contrario, pues en esos elementos la resistencia y la temperatura se comportan de forma
inversamente proporcional, es decir, si una sube la otra baja su valor y viceversa.
Una resistencia ideal es un elemento pasivo que disipa energía en forma de calor según la ley
de Joule. También establece una relación de proporcionalidad entre la intensidad de corriente
que la atraviesa y la tensión medible entre sus extremos, relación conocida como ley de Ohm.
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Ilustración 3 Electrones dentro de un conductor
A.- Electrones fluyendo por un buen conductor eléctrico, que ofrece baja resistencia. B.- Electrones fluyendo por un mal conductor eléctrico, que ofrece alta resistencia a su paso. En ese caso los electrones chocan unos contra otros al no poder circular libremente y, como consecuencia, generan calor.
Normalmente los electrones tratan de circular por el circuito eléctrico de una forma
organizada, de acuerdo con la resistencia que encuentren a su paso. Mientras menor sea esa
resistencia, mayor será el orden de los electrones; pero cuando la resistencia es elevada,
comienzan a chocar unos con otros y a liberar energía en forma de calor. Esa situación hace
que siempre se eleve la temperatura del conductor y que, además, adquiera valores más altos
en el punto donde los electrones encuentren una mayor resistencia a su paso.
En general, una resistencia real podrá tener diferente comportamiento en función del tipo de
corriente que circule por ella.
Una resistencia real en corriente continua (CC) se comporta prácticamente de la misma forma
que si fuera ideal, esto es, transformando la energía eléctrica en calor.
La variación de la temperatura produce una variación en la resistencia. En la mayoría de los
metales aumenta su resistencia al aumentar la temperatura, por el contrario, en otros
elementos, como el carbono o el germanio la resistencia disminuye.
Como ya se comentó, en algunos materiales la resistencia llega a desaparecer cuando la
temperatura baja lo suficiente. En este caso se habla de superconductores.
Una resistencia disipa en calor una cantidad de potencia proporcional a la intensidad que la
atraviesa y a la caída de tensión que aparece en sus bornes. Esto es P=V*I, aunque suele ser
más cómodo usar la ley de Joule.
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Observando las dimensiones del cuerpo de la resistencia, las características de conductividad
de calor del material que la forma y que la recubre, y el ambiente en el cual está pensado que
opere, el fabricante calcula la potencia que es capaz de disipar cada resistencia como
componente discreto, sin que el aumento de temperatura provoque su destrucción. Esta
temperatura de fallo puede ser muy distinta según los materiales que se estén usando. Esto es,
una resistencia de 2W formada por un material que no soporte mucha temperatura, estará casi
fría (y será grande); pero formada por un material metálico, con recubrimiento cerámico,
podría alcanzar altas temperaturas (y podrá ser mucho más pequeña).
El fabricante dará como dato el valor en vatios que puede disipar cada resistencia en cuestión.
Este valor puede estar escrito en el cuerpo del componente o se tiene que deducir de comparar
su tamaño con los tamaños estándar y sus respectivas potencias. El tamaño de las resistencias
comunes, cuerpo cilíndrico con 2 terminales, que aparecen en los aparatos eléctricos
domésticos suelen ser de 1/4 W, existiendo otros valores de potencias de comerciales de 1/2
W, 1 W, 2 W, etc.
Entre los metales que ofrecen mayor resistencia al paso de la corriente eléctrica se encuentra
el alambre nicromo (Ni-Cr), compuesto por una aleación de 80% de níquel (Ni) y 20% de
cromo (Cr). Ese es un tipo de alambre ampliamente utilizado como resistencia fija o como
resistencia variable (reóstato), para regular la tensión o voltaje en diferentes dispositivos
eléctricos. Además se utilizan también resistencias fijas de alambre nicromo de diferentes
diámetros o grosores, para producir calor en equipos industriales, así como en
electrodomésticos de uso muy generalizado.
Entre esos aparatos o quipos se encuentran las planchas, los calentadores o estufas eléctricas
utilizadas para calentar el ambiente de las habitaciones en invierno, los calentadores de agua,
las secadoras de ropa, las secadoras para el pelo y la mayoría de los aparatos eléctricos cuya
función principal es generar calor.
1.2 Efecto Joule
Si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se
transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor
por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. Este efecto es conocido como Efecto
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Joule en honor a su descubridor el físico británico James Prescott Joule, que lo estudió en la
década de 1860.
Los sólidos tienen generalmente una estructura cristalina, ocupando los átomos o moléculas
los vértices de las celdas unitarias, y a veces también el centro de la celda o de sus caras.
Cuando el cristal es sometido a una diferencia de potencial, los electrones son impulsados por
el campo eléctrico a través del sólido debiendo en su recorrido atravesar la intrincada red de
átomos que lo forma. En su camino, los electrones chocan con estos átomos perdiendo parte
de su energía cinética, que es cedida en forma de calor.
Este efecto fue definido de la siguiente manera: "La cantidad de energía calorífica producida
por una corriente eléctrica, depende directamente del cuadrado de la intensidad de la corriente,
del tiempo que ésta circula por el conductor y de la resistencia que opone el mismo al paso de
la corriente". Matemáticamente se expresa como
Donde:
Q = energía calorífica producida por la corriente
I = intensidad de la corriente que circula y se mide en amperios
R = resistencia eléctrica del conductor y se mide en ohmios
t = tiempo el cual se mide en segundos
La resistencia es el componente que transforma la energía eléctrica en energía calorífica, (por
ejemplo un hornillo eléctrico, una estufa eléctrica, una plancha etc.).
Mediante la ley de Joule podemos determinar la cantidad de calor que es capaz de entregar
una resistencia, esta cantidad de calor dependerá de la intensidad de corriente que por ella
circule y de la cantidad de tiempo que esté conectada, luego podemos enunciar la ley de Joule
diciendo que la cantidad de calor desprendido por una resistencia es directamente
proporcional a la intensidad de corriente a la diferencia de potencial y al tiempo.
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En este efecto se basa el funcionamiento de diferentes electrodomésticos como los hornos, las
tostadoras y las calefacciones eléctricas, y algunos aparatos empleados industrialmente como
soldadoras, etc., en los que el efecto útil buscado es, precisamente, el calor que desprende el
conductor por el paso de la corriente.
Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones es un efecto indeseado y la razón por la que
los aparatos eléctricos y electrónicos necesitan un ventilador que disipe el calor generado y
evite el calentamiento excesivo de los diferentes dispositivos.
1.2.1 Aplicaciones del efecto Joule
Todos los dispositivos eléctricos que se utilizan para calentamiento se basan en el
efecto Joule, es decir, estos aparato consisten esencialmente en una resistencia que se
calienta al ser recorrida por la corriente.
Las lámparas de incandescencia (o de filamento incandescentes), como la lámpara de
tungsteno, conocida comúnmente como bombilla de luz, también constituyen una
aplicación del efecto Joule. Sus filamentos de tungsteno, que es un metal cuyo punto
de fusión es muy elevado, al ser recorridos por una corriente eléctrica, se calientan y
pueden alcanzar altas temperaturas (casi 2500º C), volviéndose incandescentes y
emitiendo una gran cantidad de luz.
Otra aplicación del efecto Joule se encuentra en la construcción de fusibles,
elementos que se emplean para limitar la corriente que pasa por un circuito eléctrico;
por ejemplo, en un automóvil, una casa, un aparato electrodoméstico, etc. Estos
dispositivos están constituidos por una tirilla metálica, generalmente de plomo, el
cual tiene un punto de fusión bajo; de esta manera, cuando la corriente que pasa por
el fusible sobrepasa cierto valor (el amperaje propio de cada fusible), el calor
generado por el efecto Joule produce la fusión del elemento, interrumpiendo así el
paso de corriente excesiva. Por ejemplo, en una casa a medida que se van conectando
a la red eléctrica varios aparatos, la corriente que “entra” a la casa a través del
fusible, se va volviendo cada vez mayor. Si no existiera el fusible y el número de
aparatos conectados fuera muy grande, la corriente que circularía en la instalación
podría llegar a ser muy intensa. Esto produciría un calentamiento indeseable, e
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incluso peligroso, de los conductores. El fusible impide que esto suceda, porque al
fundirse, interrumpe el paso de la corriente cuando alcanza un valor mayor que el
límite superior de seguridad.
En la actualidad, además de los fusibles se emplean en las casas los llamados
interruptores termo magnéticos (automáticos). En estos últimos elementos, el
calentamiento de un dispositivo bimetálico produce su dilatación, haciendo que el
circuito se abra.
El fusible y el interruptor automático también protegen a un circuito eléctrico cuando
ocurre un “cortocircuito”. Este fenómeno se produce cuando por un motivo
cualquiera, la resistencia conectada de un circuito se vuelve muy pequeña, haciendo
que la corriente alcance un valor muy intenso, lo cual hace que el fusible o
interruptor abra el circuito, impidiendo que se produzcan efectos perjudiciales.
Como se puede observar el efecto Joule tiene muchas aplicaciones beneficiosas, en
los que se requiere el calor que desprende un conductor por el paso de la corriente a
través de él. Sin embargo, en muchas otras aplicaciones es un efecto indeseado y la
razón por la que los aparatos eléctricos y electrónicos requieran de un ventilador que
disipe el calor generado y evite el calentamiento excesivo de los diferentes
dispositivos.
1.3 Resistencia Calentadora.
Las resistencias calentadoras convierten energía eléctrica en calor. Procedimiento
descubierto por James Prescott Joule cuando en 1841 al hacer circular corriente
eléctrica a través de un conductor se liberó calor por encontrar resistencia.
En la actualidad las resistencias calentadores se utilizan para infinidad de
aplicaciones. La gran mayoría de ellas son fabricadas con un alambre de una aleación
de níquel (80%) y cromo (20%). Esta aleación soporta temperaturas muy altas (1000º
C), es resistivo (condición necesaria para generar calor), es muy resistente a los
impactos y es inoxidable.
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Como las usadas en cocinas eléctricas, calentadores de agua, hornos eléctricos o
cafeteras. Aquí el alambre de níquel-cromo se cubre con cerámica y después se
enchaqueta con cobre cromado o con Incoloy (níquel 45%, cromo 30%, hierro 22%,
cobre 3%). La selección de la chaqueta depende del uso, el Incoloy es más resistente
al óxido a temperaturas de 800º C, mientras que las enchaquetadas en cobre son
generalmente para calentamiento de líquidos por inmersión.
1.3.1 Resistencias Calentadoras Comerciales.
• Alambre de níquel-cromo
Se trata del fino alambre desnudo (sin ningún recubrimiento) como el usado en
secadores de cabello o tostadoras de pan.
• Resistencias Selladas
Resistencia calentadora chaqueta de cobre cromado para inmersión. Como las usadas
en cocinas eléctricas, calentadores de agua, hornos eléctricos o cafeteras. Aquí el
alambre de níquel-cromo se cubre con cerámica y después se enchaqueta con cobre
cromado o con Incoloy (níquel 45%, cromo 30%, hierro 22%, cobre 3%). La
selección de la chaqueta depende del uso, el Incoloy es más resistente al óxido a
temperaturas de 800º C, mientras que las enchaquetadas en cobre son generalmente
para calentamiento de líquidos por inmersión.
• Lámparas de calor
Son lámparas diseñadas para generar calor y no luz. Su filamento incandescente se
mantiene a baja temperatura y si se evita producir luz dentro del espectro visible.
• Resistencias cerámicas
Son resistencias de coeficiente resistivo térmico positivo. La mayoría de las
cerámicas tienen coeficiente resistivo negativo, mientras que los metales lo tienen
positivo.
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INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
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Los metales aumentan un poco su resistencia al aumentar el calor, pero este tipo de
cerámicas no tienen una respuesta resistiva lineal al calor. Cuando esta resistencia
pasa su umbral de temperatura pierde conductividad. Como resultado, son
resistencias y a la vez termostatos, ya que permiten pasar corriente cuándo están fríos
pero dejan de conducir corriente al calentarse. Estas resistencias están hechas de
titanato de bario o titanato de plomo (BaTiO3 o PbTiO3).
Entre los usos de estos materiales están las delgadas capas de película de los vidrios
traseros de los automóviles que desempañan la condensación.
• Otros materiales
Existen muchos otros materiales exóticos empleados para hacer resistencias
calentadoras: platino, disiliciuro de molibdeno y el carburo de silicio. El carburo de
silicio tiene un punto de fusión de 2730° C, lo usan los calentadores de gas para
detectar la llama.
Ilustración 4 Resistencia Calentadora
15 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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CAPITULO II. ELEMENTOS PARA EL CONTROL
DE TEMPERATURA
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Esquema general del control de temperatura
Ilustración 5 Elementos del Controlador de Voltaje
2.1 Termistor
Un termistor es un semiconductor que varía el valor de su resistencia eléctrica en
función de la temperatura, su nombre proviene de Thermal Sensitive Resistor
(Resistor sensible a la temperatura). Existen dos clases de termistores: NTC y PTC.
Principios Básicos de Operación del Termistor
• Resistencia sensible a la temperatura
• Semiconductor elaborado a base de óxidos de metales.
• Se fabrican Termistores con coeficientes positivos y negativos de
temperatura.
• Valores de resistencia de 2252 W a 10000 W a 25 0C.
• Tienen un alcance hasta 300 0C.
Características del Termistor
• Son muy exactos.
• Son estables.
• Alta resistencia y sensibilidad.
• Estandarización entre vendedores.
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INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
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• Requieren de alimentación.
• Presentan auto calentamiento.
2.1.1 Termistor NTC
Un Termistor NTC (Negative Temperature Coefficient) es una resistencia variable
cuyo valor va decreciendo a medida que aumenta la temperatura. Son resistencias de
coeficiente de temperatura negativo, constituidas por un cuerpo semiconductor cuyo
coeficiente de temperatura es elevado, es decir, su conductividad crece muy
rápidamente con la temperatura.
Se emplean en su fabricación óxidos semiconductores de níquel, zinc, cobalto, etc.
Los termistores son muy sensibles a la temperatura y de muy de alta resistencia de
ahí su relación de resistencia vs. Temperatura. Se utilizan en muchos otros
dispositivos de detección y corrección de temperatura, así como dispositivos
especiales en las sondas de temperatura para el comercio, la ciencia y la industria.
Los termistores trabajan generalmente en un rango de temperatura relativamente
pequeña, en comparación con otros sensores de temperatura, y pueden ser muy
exactos y precisos dentro de ese rango.
Ilustración 6 medidas estandarizadas de los NTC
18 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
La relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal, sino exponencial (no
cumple la ley de Ohm). Dicha relación cumple con la fórmula siguiente:
. /
Donde:
A y B son constantes que dependen del resistor. La curva nos muestra esa variación
La característica tensión-intensidad (V/I) de un termistor NTC presenta un carácter
peculiar ya que, cuando las corrientes que lo atraviesan son pequeñas, el consumo de
potencia (R * I2) será demasiado pequeño para registrar aumentos apreciables de
temperatura, o lo que es igual, descensos en su resistencia óhmica; en esta parte de la
Ilustración 7 Apariencia externa de los NTC
Ilustración 8 curva de relación entre resistencia y temperatura en el NTC
19 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
característica, la relación tensión-intensidad será prácticamente lineal y en
consecuencia cumplirá la ley de Ohm.
Si seguimos aumentando la tensión aplicada al termistor, se llegará a un valor de
intensidad en que la potencia consumida provocará aumentos de temperatura
suficientemente grandes como para que la resistencia del termistor NTC disminuya
apreciablemente, incrementándose la intensidad hasta que se establezca el equilibrio
térmico. Ahora nos encontramos, pues, en una zona de resistencia negativa en la que
disminuciones de tensión corresponden aumentos de intensidad.
2.1.2 Termistor PTC
Un termistor PTC (Positive Temperature Coefficient) es una resistencia variable
cuyo valor va aumentando a medida que se incrementa la temperatura.
Los termistores PTC se utilizan en una gran variedad de aplicaciones: limitación de
corriente, sensor de temperatura, desmagnetización y para la protección contra el
recalentamiento de equipos tales como motores eléctricos. También se utilizan en
indicadores de nivel, para provocar retardos en circuitos, como termostatos, y como
resistores de compensación.
El termistor PTC pierde sus propiedades y puede comportarse eventualmente de una
forma similar al termistor NTC si la temperatura llega a ser demasiado alta.
Las aplicaciones de un termistor PTC están, por lo tanto, restringidas a un
determinado margen de temperaturas.
Hasta un determinado valor de voltaje, la característica I/V sigue la ley de Ohm, pero
la resistencia aumenta cuando la corriente que pasa por el termistor PTC provoca un
calentamiento y se alcanza la temperatura de conmutación. La característica I/V
depende de la temperatura ambiente y del coeficiente de transferencia de calor con
respecto a dicha temperatura ambiente.
2.2 Microcontroladores
20 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
2.2.1 Introducción
Desde la invención del circuito integrado, el desarrollo constante de la electrónica
digital ha dado lugar a dispositivos cada vez más complejos. Entre ellos los
microprocesadores y los microcontroladores.
Los microcontroladores están presentes en nuestro trabajo, en nuestra casa y en
nuestra vida, en general. Se pueden encontrar controlando el funcionamiento de los
ratones y teclados de los computadores, en los teléfonos, en los hornos microondas y
los televisores de nuestro hogar.
Una de las principales ventajas de los microcontroladores y microprocesadores al ser
sistemas programables es su flexibilidad, lo que permite actualizar el funcionamiento
de un sistema tan sólo mediante el cambio del programa sin tener que volver a
diseñar el hardware. Esta flexibilidad es muy importante, al permitir que los
productos se actualicen con facilidad y economía.
Recibe el nombre de controlador el dispositivo que se emplea para el gobierno de
uno o varios procesos. Aunque el concepto de controlador ha permanecido invariable
a través del tiempo, su implementación física ha variado frecuentemente.
En la actualidad, todos los elementos del controlador se han podido incluir en un
chip, el cual recibe el nombre de microcontrolador. Realmente consiste en un
sencillo pero completo computador contenido en el corazón (chip) de un circuito
integrado.
Un microcontrolador es un circuito integrado de alta escala de integración que
incorpora la mayor parte de los elementos que configuran un controlador.
21 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
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Ilustración 9 Apariencia física de un Microcontrolador
2.2.2 Diferencia entre microprocesador y microcontrolador.
El microprocesador es un circuito integrado que contiene la Unidad Central de
Proceso (UCP), también llamada procesador, de un computador. La UCP está
formada por la Unidad de Control, que interpreta las instrucciones, y el Camino de
Datos, que las ejecuta.
Los pines de un microprocesador sacan al exterior las líneas de sus buses de
direcciones, datos y control, para permitir conectarle con la Memoria y los Módulos
de E/S y configurar un computador implementado por varios circuitos integrados. Se
dice que un microprocesador es un sistema abierto porque su configuración es
variable de acuerdo con la aplicación a la que se destine.
Ilustración 10 Diferencia entre un microprocesador y un microcontrolador
22 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
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2.2.3 Partes principales de un microcontrolador.
Procesador._ También conocido como CPU es el encargado de coordinar la
operación de todo el computador, es decir ejecución de los programas,
almacenamiento de información temporal y la comunicación con los dispositivos de
entrada y salida.
Memoria ROM . Se graba el chip durante su fabricación, implica costos altos y de
recomienda solo cuando se produce en serie.
Memoria EPROM. Se graba con un dispositivo que es gobernado mediante un
computador personal, que recibe el nombre de grabador, y es reprogramable, se borra
con luz ultra violeta (poco a poco entran en desuso)
Memoria OTP. Se graba por el usuario igual que la memoria EPROM, pero con la
diferencia que la OTP se puede grabar una sola vez.
Memoria EEPROM. La grabación es similar a la de las memorias EPROM y OTP,
la diferencia radica en que el borrado se efectúa de la misma forma que el grabado,
es decir eléctricamente.
Memoria FLASH . Posee las mismas características que la EEPROM, pero esta tiene
menor consumo de energía y mayor capacidad de almacenamiento.
Memoria de lectura y escritura para guardar datos._ Algunos micro controladores
manejan la memoria RAM estática (SRAM), otros disponen de una memoria de
datos tipo EEPROM, de esta forma, un corte en el suministro de alimentación no
ocasiona a perdida de la información y por ende, está disponible al reiniciarse el
programa.
Líneas de E/S para controladores de periféricos:
- Comunicación por puerto Paralelo.
- Comunicación por puerto Serial.
- Diversas puertas de comunicación.
23 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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2.2.4 Recursos auxiliares:
• Temporizadores o "Timers".
• Perro guardián o "Watchdog".
• Protección ante fallo de alimentación o "Brownout".
• Estado de reposo o de bajo consumo.
• Conversor A/D.
• Conversor D/A.
• Comparador analógico.
• Modulador de anchura de impulsos o PWM.
• Puertas de E/S digitales.
• Puertas de comunicación.
Temporizadores (Timers). Se emplean para controlar periodos de tiempo y para
llevar la cuenta de acontecimientos que suceden en el exterior (contadores).
Para la medida de tiempos se carga un registro con el valor adecuado y a
continuación dicho valor se va incrementando o decrementando al ritmo de los
impulsos de reloj o algún múltiplo hasta que se desborde y llegue a 0, momento en el
que se produce un aviso.
Perro guardián (Watchdog). El Perro guardián consiste en un temporizador que,
cuando se desborda y pasa por 0, provoca un reset automáticamente en el sistema.
Se debe diseñar el programa de trabajo que controla la tarea de forma que refresque o
inicialice al Perro guardián antes de que provoque el reset. Si falla el programa o se
bloquea, no se refrescará al Perro guardián y, al completar su temporización,
provocara el reset.
Protección ante fallo de alimentación (Brownout). Se trata de un circuito que
resetea al microcontrolador cuando el voltaje de alimentación (VDD) es inferior a un
voltaje mínimo (brownout). Mientras el voltaje de alimentación sea inferior al de
brownout el dispositivo se mantiene reseteado, comenzando a funcionar
normalmente cuando sobrepasa dicho valor.
24 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
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Estado de reposo ó de bajo consumo. Son abundantes las situaciones reales de
trabajo en que el microcontrolador debe esperar, sin hacer nada, a que se produzca
algún acontecimiento externo que le ponga de nuevo en funcionamiento. Para ahorrar
energía, (factor clave en los aparatos portátiles), los micro controladores disponen de
una instrucción especial (SLEEP en los PIC), que les pasa al estado de reposo o de
bajo consumo, en el cual los requerimientos de potencia son mínimos. En dicho
estado se detiene el reloj principal y se "congelan" sus circuitos asociados, quedando
sumido en un estado de reposo. Al activarse una interrupción ocasionada por el
acontecimiento esperado, el microcontrolador se despierta y reanuda su trabajo.
Conversor A/D (CAD). Los microcontroladores que incorporan un Conversor A/D
(Analógico/Digital) pueden procesar señales analógicas, tan abundantes en sus
aplicaciones. Suelen disponer de un multiplexor que permite aplicar a la entrada del
CAD diversas señales analógicas desde los pines del circuito integrado.
Conversor D/A (CDA). Transforma los datos digitales obtenidos del procesamiento
del computador en su correspondiente señal analógica que saca al exterior por uno de
los pines del integrado.
Comparador analógico. Algunos modelos de micro controladores disponen
internamente de un Amplificador Operacional que actúa como comparador entre una
señal fija de referencia y otra variable que se aplica por uno de los pines del
integrado. La salida del comparador proporciona un nivel lógico 1 ó 0 según una
señal sea mayor o menor que la otra.
Modulador de anchura de impulsos (PWM). Son circuitos que proporcionan en su
salida impulsos de anchura variable, que se ofrecen al exterior a través de los pines
del integrado.
Puertos de E/S digitales. Todos los microcontroladores destinan algunos de sus
pines a soportar líneas de E/S digitales. Por lo general, estas líneas se agrupan de
ocho en ocho formando Puertos.
25 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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Las líneas digitales de los Puertos pueden configurarse como Entrada o como Salida
cargando un 1 ó un 0 en el bit correspondiente de un registro destinado a su
configuración.
Puertos de comunicación. Con objeto de dotar al microcontrolador de la posibilidad
de comunicarse con otros dispositivos externos, otros buses de microprocesadores,
buses de sistemas, buses de redes y poder adaptarlos con otros elementos bajo otras
normas y protocolos. Algunos modelos disponen de recursos que permiten
directamente esta tarea, entre los que destacan:
• UART, adaptador de comunicación serie asíncrona.
• USART, adaptador de comunicación serie síncrona y asíncrona
• USB (Universal Serial Bus), que es un moderno bus serie para los PC.
• CAN (Controller Area Network), para permitir la adaptación con redes de
conexionado multiplexado.
2.2.5 Familia Pic’s 16F87X
Los PIC16F87X son una familia de microcontroladores PIC, que es la versión
mejorada del PIC16F84. Consta de los siguientes modelos que varían de acuerdo a
prestaciones, cantidad de terminales y encapsulados.
• PIC 16F871
• PIC16F873
• PIC16F874
• PIC16F876
• PIC16F877
Esta familia es de las que poseen memoria tipo Flash, lo que nos permite
reprogramarlos las veces que sea necesario sin necesidad de usar ningún otro
dispositivo más que el propio programador. Este aspecto es muy importante a la hora
del diseño de un dispositivo para evitar pérdida de tiempo en borrar los
microcontroladores y volver a programarlos.
26 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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Características Principales:
Las características principales que hacen de esta familia un poco más potente que
otras son:
• Conversor Analógico/Digital de 10 bits
• Set de 35 instrucciones
• 3 Temporizadores + Watchdog Timer o Perro Guardián
• 2 módulos PWM
• Protocolos de Comunicaciones USART, PSP
2.2.6 Distribución de Terminales
En las Figuras a continuación se ven los distintos encapsulados en que vienen los
diferentes modelos pertenecientes a esta familia. Cada uno de esos pines o terminales
tienen más de un uso dependiendo de como se los configure excepto los terminales
VDD y VSS que son los encargados de alimentar a estos microcontroladores.
Ilustración 11 PIC16F576A/873A
27 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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Ilustración 12 PIC16F873A/876A
Ilustración 13 PIC16F87A7/874A
28 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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Ilustración 14 PIC16F877A/874A
Ilustración 15 PIC 16F877A/874A
29 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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2.2.7 Consideraciones generales
El set de instrucciones de estos microcontroladores es reducido, con lo que facilita la
programación de los mismos. Para la familia de los 16F87X existen 35 instrucciones,
con las que se puede hacer lo mismo o más que con esos antiguos microprocesadores
de 105 instrucciones. Para la programación de estos dispositivos se pueden elegir
varios lenguajes, por ejemplo ensamblador, C, Basic, etc.
Los microcontroladores tienen un espacio de memoria que varía según las familias y
según el modelo dentro de cada familia. Es allí donde se guarda el programa que
creamos. Dado que el microcontrolador solo interpreta lenguaje de máquina, es
decir, estados lógicos de 1 ó 0, sería por demás de complicado programar con este
lenguaje; es por eso que existe un compilador, que transforma el ensamblador que
escribimos en lenguaje “entendible” por el microcontrolador.
Una vez compilado el programa escrito, tenemos el archivo hexadecimal con el cual
se programa al microcontrolador, para esto es necesario una interfaz programadora
capaz de entender los datos hexadecimales que la computadora (PC) entrega y
pasarlos al microcontrolador.
Para crear el ensamblador es necesario ya tener pensado y diagramado lo que
necesitemos que haga el microcontrolador ; para esto usaremos bosquejos de
circuitos, diagramas de flujo, pseudo-código, modelos matemáticos, y toda clase de
observaciones relevantes para el correcto funcionamiento y desempeño del
microcontrolador. Una vez diagramada la función del microcontrolador, solo nos
resta diseñar el circuito externo con todos los detalles y escribir el programa.
2.2.8 Circuitería Externa Mínima
El circuito externo necesario para que el microcontrolador sea capaz de leer el
programa grabado en él, solo necesita dos aspectos fundamentales: el reloj y la
alimentación, lo demás se coloca a medida que necesitemos entradas y/o salidas
adecuando cada una de ellas con circuitería externa.
30 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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El reloj se usa para darle una base de tiempo al microcontrolador, se puede usar una
resistencia y un condensador o algo más confiable como un cristal de cuarzo
piezoeléctrico (algunos modelos de microcontroladores tienen relojes internos
incorporados, pero son de otras familias). Usando cristales podemos estar seguros de
la frecuencia de oscilación del microcontrolador, lo cual es útil para calcular tiempos
de ejecuciones de las instrucciones, temporizaciones precisas, etc.
Todos los PIC de la familia 16F87X tienen dos terminales llamados OSC1 y OSC2,
en ellos van conectados los terminales del cristal; a su vez, se conectan dos
capacitores entre masa y estos terminales, para completar el circuito de oscilación.
En cuanto a la alimentación, esta no debe superar los 5 V ± 5% y se debe tener en
cuenta que existe un terminal llamado MCLR (master-clear o reset), que debe estar
con valor lógico 1 para que el microcontrolador pueda leer el programa.
Con estas consideraciones de la circuitería externa indispensable estamos en
condiciones de ya, por lo menos, asegurarnos que el µC ejecutará el programa que
grabamos en él.
2.2.8.1 El Reloj
Los PIC 16F87X disponen de un ciclo de instrucción igual a cuatro ciclos del reloj
principal, es decir que si tenemos un programa de 1000 instrucciones y un cristal de
10 MHz. El tiempo que le demandará al microcontrolador leer y ejecutar todo el
programa (asumiendo que todas las instrucciones tardan un ciclo de instrucción) es
de 400 µs, pues:.
31 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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Dependiendo del modelo específico del microcontrolador, se tiene una frecuencia
máxima de trabajo. En la familia 16F87X la máxima frecuencia del reloj externo es
de 20 MHz. es decir que el tiempo mínimo necesario para leer y ejecutar cada
instrucción es de 200 ns.
Un ciclo de instrucción equivale a 4 ciclos de reloj. Esto es porque con el primer
ciclo de reloj el microcontrolador busca en su memoria a la instrucción a leer, en el
segundo ciclo se carga en la memoria principal, el tercer ciclo es el encargado de
ejecutarla propiamente dicho y el ultimo y cuarto ciclo limpia la memoria para volver
a buscar la siguiente instrucción y así sucesivamente.
2.2.8.2 La alimentación
Los microcontroladores de la familia 16F87X se alimentan con 5 VCC pero con 3,5
Voltios también funcionan consumiendo un poco más de corriente. La corriente
máxima que puede circular por el terminal VDD (donde se conecta el positivo de la
fuente de 5 V) es de 250 mA y por cada salida no se debe hacer circular más de 25
mA.
Dado que la capacidad de entregar corriente del microcontrolador es bastante
reducida, se suelen usar transistores o relés para comandar circuitos o artefactos de
potencia. La potencia que puede disipar como máximo el microcontrolador es de 1W
y se calcula mediante la siguiente formula:
Donde:
• VDD es la tensión suministrada por la fuente de alimentación.
• IOH es la corriente suministrada por las salidas del PIC en estado alto.
• IOL es la corriente absorbida por las salidas del PIC en estado bajo.
• VOH es la tensión entregada por los terminales en estado alto.
• VOL es la tensión presente en los terminales en estado bajo.
32 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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2.2.8.3 Circuito de Reset Externo
Los microcontroladores tienen un terminal llamado MCLR o master-clear el cual
debe estar en “1” lógico para que se lean y ejecuten las instrucciones. En esta parte
describiremos como resetear a los microcontroladores, es decir hacer que empiece a
leer el programa grabado en ellos desde el principio.
2.3 Pantallas LCD
Una pantalla de cristal líquido o LCD (acrónimo del inglés Liquid Crystal Display)
es una pantalla delgada y plana formada por un número de píxeles en color o
monocromos colocados delante de una fuente de luz o reflectora. A menudo se
utiliza en dispositivos electrónicos de pilas, ya que utiliza cantidades muy pequeñas
de energía eléctrica.
Cada píxel de un LCD típicamente consiste de una capa de moléculas alineadas entre
dos electrodos transparentes, y dos filtros de polarización, los ejes de transmisión de
cada uno que están (en la mayoría de los casos) perpendiculares entre sí. Sin cristal
líquido entre el filtro polarizante, la luz que pasa por el primer filtro sería bloqueada
por el segundo polarizador.
La superficie de los electrodos que están en contacto con los materiales de cristal
líquido es tratada a fin de ajustar las moléculas de cristal líquido en una dirección en
particular.
Antes de la aplicación de un campo eléctrico, la orientación de las moléculas de
cristal líquido está determinada por la adaptación a las superficies. En un dispositivo
twisted nematic, TN (uno de los dispositivos más comunes entre los de cristal
líquido), las direcciones de alineación de la superficie de los dos electrodos son
perpendiculares entre sí, y así se organizan las moléculas en una estructura
helicoidal, o retorcida. Debido a que el material es de cristal líquido , la luz que pasa
a través de un filtro polarizante se gira por la hélice de cristal líquido que pasa a
través de la capa de cristal líquido, lo que le permite pasar por el segundo filtro
33 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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polarizado. La mitad de la luz incidente es absorbida por el primer filtro polarizante,
pero por lo demás todo el montaje es transparente.
Cuando se aplica un voltaje a través de los electrodos, una fuerza de giro orienta las
moléculas de cristal líquido paralelas al campo eléctrico, que distorsiona la estructura
helicoidal (esto se puede resistir gracias a las fuerzas elásticas desde que las
moléculas están limitadas a las superficies). Esto reduce la rotación de la
polarización de la luz incidente, y el dispositivo aparece gris. Si la tensión aplicada
es lo suficientemente grande, las moléculas de cristal líquido en el centro de la capa
son casi completamente desenrolladas y la polarización de la luz incidente no es
rotada ya que pasa a través de la capa de cristal líquido. Esta luz será principalmente
polarizada perpendicular al segundo filtro, y por eso será bloqueada y el pixel
aparecerá negro. Por el control de la tensión aplicada a través de la capa de cristal
líquido en cada píxel, la luz se puede permitir pasar a través de distintas cantidades,
constituyéndose los diferentes tonos de gris.
El efecto óptico de un dispositivo twisted nematic (TN) en el estado del voltaje es
mucho menos dependiente de las variaciones de espesor del dispositivo que en el
estado del voltaje de compensación. Debido a esto, estos dispositivos suelen usarse
entre polarizadores cruzados de tal manera que parecen brillantes sin tensión (el ojo
es mucho más sensible a las variaciones en el estado oscuro que en el brillante).
Estos dispositivos también pueden funcionar en paralelo entre polarizadores, en cuyo
caso la luz y la oscuridad son estados invertidos. La tensión de compensación en el
estado oscuro de esta configuración aparece enrojecida debido a las pequeñas
variaciones de espesor en todo el dispositivo. Tanto el material del cristal líquido
como el de la capa de alineación contienen compuestos iónicos. Si un campo
eléctrico de una determinada polaridad se aplica durante un período prolongado, este
material iónico es atraído hacia la superficie y se degrada el rendimiento del
dispositivo. Esto se intenta evitar, ya sea mediante la aplicación de una corriente
alterna o por inversión de la polaridad del campo eléctrico que está dirigida al
dispositivo (la respuesta de la capa de cristal líquido es idéntica, independientemente
de la polaridad de los campos aplicados)
34 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
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Cuando un dispositivo requiere un gran número de píxeles, no es viable conducir
cada dispositivo directamente, así cada píxel requiere un número de electrodos
independiente. En cambio, la pantalla es multiplexada. En una pantalla multiplexada,
los electrodos de la parte lateral de la pantalla se agrupan junto con los cables
(normalmente en columnas), y cada grupo tiene su propia fuente de voltaje. Por otro
lado, los electrodos también se agrupan (normalmente en filas), en donde cada grupo
obtiene una tensión de sumidero. Los grupos se han diseñado de manera que cada
píxel tiene una combinación única y dedicada de fuentes y sumideros. Los circuitos
electrónicos o el software que los controla, activa los sumideros en secuencia y
controla las fuentes de los píxeles de cada sumidero.
2.3.1 LCD 2x16
La pantalla de cristal liquido o LCD (Liquid Crystal Display) es un dispositivo micro
controlado de visualización grafico para la presentación de caracteres, símbolos o
incluso dibujos (en algunos modelos), es este caso dispone de 2 filas de 16 caracteres
cada una y cada carácter dispone de una matriz de 5x7 puntos (pixels), aunque los
hay de otro número de filas y caracteres. Este dispositivo esta gobernado
internamente por un microcontrolador Hitachi 44780 y regula todos los parámetros
de presentación, este modelo es el mas comúnmente usado y esta información se
basará en el manejo de este u otro LCD compatible.
Ilustración 16 LCD 2x16
2.3.1.1 Características principales
• Pantalla de caracteres ASCII, además de los caracteres Kanji y Griegos.
• Desplazamiento de los caracteres hacia la izquierda o la derecha.
• Proporciona la dirección de la posición absoluta o relativa del carácter.
35 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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• Memoria de 40 caracteres por línea de pantalla.
• Movimiento del cursor y cambio de su aspecto.
• Permite que el usuario pueda programar 8 caracteres.
• Conexión a un procesador usando un interfaz de 4 u 8 bits
2.3.1.2 Funcionamiento
Para comunicarse con la pantalla LCD podemos hacerlo por medio de sus pines de
entrada de dos maneras posibles, con bus de 4 bits o con bus de 8 bits, este ultimo es
el que explicare y la rutina también será para este. En la siguiente figura vemos las
dos maneras posibles de conexionar el LCD con un pic16F84.
Ilustración 17 Conexión con bus de 4 bits
36 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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Ilustración 18 Conexión con bus de 8 bits
Como puede apreciarse el control de contraste se realiza al dividir la alimentación de
5V con una resistencia variable de 10K.
2.4 Desarrollo del software.
Ensamblador. La programación en lenguaje ensamblador puede resultar un tanto
ardua para el principiante, pero permite desarrollar programas muy eficientes, ya que
otorga al programador el dominio absoluto del sistema. Los fabricantes suelen
proporcionar el programa ensamblador de forma gratuita y en cualquier caso siempre
se puede encontrar una versión gratuita para los microcontroladores más populares.
Compilador. La programación en un lenguaje de alto nivel (como el C ó el Basic)
permite disminuir el tiempo de desarrollo de un producto. No obstante, si no se
programa con cuidado, el código resultante puede ser mucho más ineficiente que el
programado en ensamblador. Las versiones más potentes suelen ser muy caras,
aunque para los microcontroladores más populares pueden encontrarse versiones
demo limitadas e incluso compiladores gratuitos.
37 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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Depuración._ Debido a que los microcontroladores van a controlar dispositivos
físicos, los desarrolladores necesitan herramientas que les permitan comprobar el
buen funcionamiento del microcontrolador cuando es conectado al resto de circuitos.
Simulador._ Son capaces de ejecutar en un PC programas realizados para el
microcontrolador. Los simuladores permiten tener un control absoluto sobre la
ejecución de un programa, siendo ideales para la depuración de los mismos. Su gran
inconveniente es que es difícil simular la entrada y salida de datos del
microcontrolador. Tampoco cuentan con los posibles ruidos en las entradas, pero, al
menos, permiten el paso físico de la implementación de un modo más seguro y
menos costoso.
2.4.1 Mikro Basic
Una de las razones para que los microcontroladores de Microchip sean tan populares,
es la gran variedad de herramientas que se dispone para realizar aplicaciones con
ellos. Entre estas herramientas se tiene a MikroBasic, que es un lenguaje de
programación basado en el popular lenguaje Basic, pero se encuentra orientado a los
microcontroladores de Microchip.
Si bien es cierto existen otros programas como MpLab, PicBasic, HiTech, CPic, etc.,
que también pueden ser utilizados para la programación de microcontroladores,
MikroBasic ofrece no solo un lenguaje amigable y fácil de utilizar, sino también una
amplia variedad de librerías, que permiten controlar de una forma extremadamente
sencilla todos los periféricos del microcontrolador así como también periféricos
externos tales como pantallas LCD sencillas y graficas. Adicionalmente MikroBasic
ofrece un entorna grafico de programación con varias herramientas que facilitan la
creación y prueba de aplicaciones de cualquier tipo.
2.4.2Proteus
Proteus es un entorno integrado diseñado para la realización completa de proyectos
de construcción de equipos electrónicos en todas sus etapas: diseño, simulación,
depuración y construcción.
38 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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2.4.2.1 Principales características del sistema PROTEUS.
• Entorno de diseño gráfico de esquemas electrónicos (ISIS) extremadamente
fácil de utilizar y dotado de poderosas herramientas para facilitar el trabajo
del diseñador.
• Entorno de simulación prospice mixto entre el estándar SPICE3F5 y la
tecnología exclusiva de Proteus de Modelación de Sistemas Virtuales (VSM)
• Entorno de diseño de placas de circuito impreso (ARES) de ultra-altas
prestaciones con bases de datos de 32 bits, posicionador automático de
elementos y generación automática de pistas con tecnologías de autocorte y
regeneración.
• Moderno y atractivo interface de usuario estandarizado a lo largo de todas las
herramientas que componen el entorno PROTEUS.
• La mayor parte de los módulos que componen PROTEUS han sido escritos
por el mismo equipo, garantizando al máximo nivel posible la compatibilidad
e inter-operatividad de todas las herramientas que componen el entorno
PROTEUS, asegurando su estabilidad al máximo.
• Ejecutable en los diferentes entornos Windows: 98, Me, 2000, XP.
• Herramienta de máximas prestaciones, basadas en los más de 15 años de
continuo desarrollo y presencia en el mercado.
• Miles de instalaciones vendidas en más de 35 países a todo lo largo del
mundo.
2.4.3 WinPic800
Este programador es del tipo serial/paralelo, soporta las series de PIC’s 16F, 18F, y
algunos dsPIC’s. Viene con el código fuente.
Hay muchos grabadores de PIC y el que vamos a usar el más popular y de bajo coste
llamado JDM.
39 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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Cualquier programa que hagamos en el código fuente en ensamblador (ASM), lo
compilamos y transformamos en un archivo “.hex” que es el que vamos a grabar con
el WinPic800 al PIC 16F84A a través del TE20x.
Ilustración 19 Grabación en el PIC
Ilustración 20 Procesos de la elaboración de un sistema microcontrolado
Compilador PIC
Archivo HEX
Programador
WinPic800
Grabacion al PIC
40 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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CAPITULO III. PRUEBAS
41 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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Prueba Nº1
Aislamiento en la NTC.
Construcción.
Debido a que el agua conduce la corriente eléctrica, es necesario que en la
construcción del proyecto se aíslen los terminales de la NTC.
Como primera parte de la prueba procedimos a cubrir los terminales de la NTC con
pintura anticorrosiva utilizada en construcciones industriales, obteniendo un muy
buen aislamiento eléctrico, pero con el gran inconveniente de que el la pintura
anticorrosiva no soporto las elevadas temperaturas a las cuales le sometimos dentro
del agua.
Con el inconveniente ya mencionado anteriormente, buscamos un material que
presente las características de ser un buen aislante eléctrico y de resistir las altas
temperaturas en el agua a la cual va a ser sometida la NTC.
Para la siguiente parte de la prueba utilizamos Silicón de PVC, utilizado para el
recubrimiento de los múltiples de escape de los automóviles, que está expuesto a
elevadas temperaturas. Soldamos con estaño dos cables a los terminales de la NTC, y
luego procedimos a recubrirlos con Silicón de PVC, tratando de darle forma de
encapsulado para el mejor manejo de dicho elemento en pruebas posteriores.
Ilustración 21 Aislamiento de la NTC
42 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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Análisis de resultados.
La NTC recubierta con SILICÓN DE PVC, al ser sumergida en agua a altas
temperaturas, presento un óptimo asilamiento eléctrico entre los terminales de la
NTC, y una alta resistencia térmica en el agua, llegando a la conclusión de que este
es el material ideal para el recubrimiento de la NTC.
Prueba Nº 2
Relación entre resistencia en la NTC y temperatura.
Para esta prueba debemos relacionar la resistencia, con la temperatura; con el
objetivo de obtener un valor constante que justifique esta relación.
Esta constante nos será de mucha ayuda al momento de programar el PIC en puntos
posteriores.
Para esta prueba requerimos de:
• Multimetro en función de Óhmetro.
• Termómetro de mercurio.
Ilustración 22 Termómetro de Mercurio
• Recipiente contenedor para el agua en calentamiento.
• El NTC previamente aislado.
43 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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Ilustración 23 Proceso de Pruebas
Resultados.
Al revisar los resultados nos damos cuenta que mientras aumenta la temperatura, la
resistencia del NTC disminuye. Esta relación produce una curva que podemos
observar en la Ilustración 24.
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUI
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
“COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUI
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“COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUI
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Tabla 2 Relación Temperatura
Ilustración
TEMPERATURA [C
19
22
32
34
40
45
50
55
63
65
69
71
75
80
83
85
88
90
91
“COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUI
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Relación Temperatura
Ilustración 24 Resultados de la Prueba Nº 2
TEMPERATURA [C°]19
22
32
34
40
45
50
55
63
65
69
71
75
80
83
85
88
90
91
“COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
Relación Temperatura-Resistencia
Resultados de la Prueba Nº 2
RESISTENCIA [k
63,6
61,3
39,1
36,1
26,5
21
16,7
14,3
10,3
9,6
8
7,1
6,3
5,3
4,9
4,3
4
3,5
3,2
“COLEGIO TÉCNICO SALESIANO” NAS ELÉCTRICAS
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
Resistencia
Resultados de la Prueba Nº 2
RESISTENCIA [kΩ]63,6
61,3
39,1
36,1
26,5
21
16,7
14,3
10,3
9,6
7,1
6,3
5,3
4,9
4,3
3,5
3,2
NAS ELÉCTRICAS
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
44
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
45 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
Prueba Nº 3
Relación entre la Resistencia del NTC y el valor de salida del ADC.
Al realizar esta prueba encontraremos una relación constante, la cual nos servirá para
realizar el software de nuestro termómetro digital, esta constante se la llamara escala
de transformación.
Para el desarrollo de esta prueba necesitaremos de:
• Circuito ADC.
• NTC previamente aislado
Ilustración 25 Desarrollo de la Prueba Nº 3
Al finalizar la prueba obtenemos los resultados mostrados en la Tabla 3, con estos
resultados construimos su grafica correspondiente obteniendo una recta como se
muestra en la Ilustración 26.
46 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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TEMPERATURA [C°] ADC
21 10
23 11
27 12
29 13
32 14
33 15
38 16
40 17
41 18
44 19
46 20
49 21
51 22
54 23
56 24
59 25
61 26
64 27
66 28
69 29
72 30
74 31
75 32
77 33
80 34
84 35
87 36
90 37
Tabla 3 Relación Temperatura-ADC
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUI
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
Realizando los respectivos cálculos obtuvimos que la relación de la grafica
a:
“COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUI
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
Realizando los respectivos cálculos obtuvimos que la relación de la grafica
“COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUI
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
Ilustración
Realizando los respectivos cálculos obtuvimos que la relación de la grafica
“COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUI
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
Ilustración 26 Resultado de la Prueba Nº 3
Realizando los respectivos cálculos obtuvimos que la relación de la grafica
“COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
Resultado de la Prueba Nº 3
Realizando los respectivos cálculos obtuvimos que la relación de la grafica
“COLEGIO TÉCNICO SALESIANO” NAS ELÉCTRICAS
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Resultado de la Prueba Nº 3
Realizando los respectivos cálculos obtuvimos que la relación de la grafica
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Realizando los respectivos cálculos obtuvimos que la relación de la grafica
47
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
Realizando los respectivos cálculos obtuvimos que la relación de la grafica es igual
48 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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CAPITULO IV. DESARROLLO DEL PROYECTO
49 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
4.1Termómetro digital.
Este termómetro a desarrollar nos servirá para censar la temperatura del agua a la
salida de nuestra ducha eléctrica, para poder hacer posteriormente el control de
temperatura, controlando el voltaje en la niquelina.
Elaboración del Software
Para realizar el software de nuestro termómetro digital es necesario utilizar la
constante de conversión determinada en la Prueba Nº3. El programa va a ser
desarrollado en Mikrobasic para posteriormente ser implementado en el
microcontrolador utilizando WinPic800. El programa del termómetro digital es el
siguiente:
program TERMÓMETRO
const ESCALA as float = 8.05 'constante de conversión
dim AUX as byte
dim VOLTAJE as word ' Esta variable es de tipo word debido a que
el conversor A/D puede entregar hasta 1024
valores diferentes
dim DISP as char[4] ' Esta variable contendrá el valor
' del voltaje actual pero en la forma de
caracteres
main:
'****************************************************************
‘INICIALIZACIÓN DE PUERTOS Y PERIFÉRICOS
'****************************************************************
ADCON1 = %10001110 ' Programa justificación derecha y solo el RA0 como
' entrada analógica el resto de líneas (PORTA y
' PORTE) son digitales
TRISD = %00000000 ' Configura PORTD todo como salida
50 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
Lcd_Init(PORTD) ' Configura PORTD para controlar la LCD
Lcd_Out(1,4,"TERMOMETRO") ' Escribe el mensaje en la fila 1
' y la columna 4
Lcd_Out(2,1,"Temp:") ' Escribe el mensaje en la fila 2
' y la columna 1
Lcd_Cmd(Lcd_Cursor_Off) ' Apaga el cursor
AUX = 0
VOLTAJE = 0
'***************************************************************
' PROGRAMA PRINCIPAL
'***************************************************************
while true
delay_ms(500) ' retrasa 500ms la repetición del bucle
VOLTAJE = Adc_Read(0) ' Lee el valor del canal cero
AUX = VOLTAJE div ESCALA ' Hace la transformación de escala entre
' los 1024 valores del conversor y los 51
‘valores del voltímetro 0.0V a 5.0V
ByteToStr(AUX,DISP) ' Transforma el valor decimal "AUX" en un
' cadena de caracteres
Lcd_Out(2,13,DISP) ' Escribe el valor en forma de texto de la
' variable DISP1
wend
end.
Para ver si el programa esta bien realizado vamos a utilizar Proteus que es un
simulador de aplicaciones micro controladas. Los datos de temperatura en el agua a
la salida de la ducha eléctrica, van a ser censados por la NTC desarrolladla en la
51 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
Prueba Nº1, la NTC esta conectada a un circuito partidor de tensión, para poder tener
un dato de voltaje que será convertido en el programa a una temperatura,
El valor de temperatura obtenido va a ser mostrado en un LCD de 2x16, el
microcontrolador a utilizar es el 16F871 con un cristal de 20MHz.
El sensor de temperatura utilizado será el termistor NTC, ya explicado en el Capitulo
I, y utilizado en la prueba # 1 del Capitulo II.
A continuación se muestra el circuito del termómetro digital:
Ilustración 27 Circuito del termómetro digital
Efectivamente pudimos comprobar la efectividad de nuestro termómetro digital, al
realizar comparaciones en agua y en el ambiente con el termómetro de mercurio
(ilustración 22), en esta comparación obtuvimos un margen de error de ±2ºC.
4.2 Disparador del TRIAC
Este circuito nos permitirá detectar los cruces por cero para poder disparar el TRIAC
con un control de ángulo, en un rango que ira de cruce a cruce, es decir de 0º a 180º.
R210k
RESETS1
RA0/AN02
RA1/AN13
RA2/AN2/VREF-/CVREF4
RA4/T0CKI/C1OUT6
RA5/AN4/SS/C2OUT7
RE0/AN5/RD8
RE1/AN6/WR9
RE2/AN7/CS10
OSC1/CLKIN13
OSC2/CLKOUT14
RC1/T1OSI/CCP2 16
RC2/CCP1 17
RC3/SCK/SCL 18
RD0/PSP0 19
RD1/PSP1 20
RB7/PGD 40RB6/PGC 39
RB5 38RB4 37
RB3/PGM 36RB2 35RB1 34
RB0/INT 33
RD7/PSP7 30RD6/PSP6 29RD5/PSP5 28RD4/PSP4 27RD3/PSP3 22RD2/PSP2 21
RC7/RX/DT 26RC6/TX/CK 25
RC5/SDO 24RC4/SDI/SDA 23
RA3/AN3/VREF+5
RC0/T1OSO/T1CKI 15
MCLR/Vpp/THV1
U1
PIC16F871A
D7
14D
613
D5
12D
411
D3
10D
29
D1
8D
07
E6
RW
5R
S4
VSS
1
VD
D2
VEE
3
LCD1LM016L
R110k
-tc
NTC47k
52 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
4.2.1 Elaboración del Software.
Para la realización de este circuito utilizaremos las interrupciones del
microcontrolador, con el fin de detectar los cruces por cero y abrir un puerto del
microcontrolador durante 10us y apagarlo nuevamente.
program Disparador
symbol PWM = PORTB.3
const retardo as byte=10
const Divisor as byte=4
Dim ciclos, util, angulo as byte
dim txt as string[3]
sub procedure interrupt
if TestBit(INTCON,INTF) then
if OPTION_REG.INTEDG=0 then
OPTION_REG.INTEDG=1 ' detecta flancos bajada
else
OPTION_REG.INTEDG=0 ' flancos de subida
end if
setbit(T2CON,TMR2ON) ' prendo
ClearBit(INTCON,INTF)
end if
if TestBit(PIR1,TMR2IF) = 1 then ' Pregunta si el causante de la
inc(ciclos) ' interrupción fue el TIMER2
if ciclos=0 then
PWm=0
end if
53 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
if ciclos=angulo then
PWM=1
util=angulo+3
end if
if ciclos=util then
PWm=0
end if
if ciclos=255 then
Clearbit(T2CON,TMR2ON) ' apago timer 2
end if
PR2=150
ClearBit(PIR1,TMR2IF) ' Limpia bandera de interrupción del TIMER2
end if
end sub
main:
'**************************************************************
' INICIALIZACIÓN DE PUERTOS Y PERIFÉRICOS
'**************************************************************
'Habilitacion de interrupciones
SetBit(PIE1,TMR2IE) ' Habilita interrupción por TIMER2
SetBit(INTCON,PEIE) ' Habilita interrupción por periféricos
SetBit(INTCON,GIE) ' Habilita interrupciones globales
SetBit(INTCON,INTE) ' Habilita INT externa RB0
OPTION_REG.INTEDG=1 ' flancos de subida
'configuración del timer 2
T2CON = %00000000 ' Programa modo TIMER (reloj interno) con
' prescaler de 1:1 postscaler 1:1
TMR2=0
54 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
PR2=96 'pone en 0 contador del TIMER
Clearbit(OPTION_REG,0) 'PUll Up habilitadas puertoB
ciclos=255
util=127
'Conversor
adcon1=%10001110 ' Configure analog inputs and Vref
TRISA = $FF ' PORTA is input
TRISB=%0000111
angulo=0
Lcd_Init(PORTD)
Lcd_Cmd(LCD_CLEAR) ' Limpia el LCD
Lcd_Cmd(LCD_CURSOR_OFF) ' Apaga el cursor
Lcd_Out(1,1,"Angulo:")
Lcd_Out(2,1,"I.T.S.S.")
'***************************************************************
' PROGRAMA PRINCIPAL
'**************************************************************
'setbit(T2CON,TMR2ON) ' perndo
WHILE TRUE
if PORTB.1 = 0 then
delay_ms(50)
if angulo <> 252 then
angulo=angulo+1
ByteToStr(angulo, txt)
Lcd_Out(1,8,txt)
end if
end if
if PORTB.2 = 0 then
delay_ms(50)
if angulo <> 0 then
angulo=angulo-1
ByteToStr(angulo, txt)
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUI
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
end if
end if
wend
end.
4.2.1 Resultados
4.2.1.1Detector de Cruces por Cero
“COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUI
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
Lcd_Out(1,8,txt)
end if
end if
wend
.2.1 Resultados de
.2.1.1Detector de Cruces por Cero
“COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUI
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
Lcd_Out(1,8,txt)
de Simulación
.2.1.1Detector de Cruces por Cero
Ilustración
“COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUI
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Simulación en Proteus
.2.1.1Detector de Cruces por Cero
Ilustración 28 Circuito detector Cruces por Cero
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en Proteus
Circuito detector Cruces por Cero
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Circuito detector Cruces por Cero
NAS ELÉCTRICAS
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CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
Ilustración 29 Detector de Cruce por Cero
En la ilustración 29 podemos ver que al osciloscopio están conectados la señal de
entrada al detector y la detección del cruce por cero , en el canal C y en el A
respectivamente.
A l canal C ingresa una onda sinusoidal de 9VCA proveniente del transformador
reductor de 120VCA a 9VCA, esta señal ira conectada a una resistencia de 220Ω
que a su vez esta conectada a la base del transistor NPN 3904, quien será el
encargado de realizar la detección del cruce por cero
Al canal A ingresa una señal proveniente del colector del transistor NPN 3904,
quien es el encargado de hacer dicha detección dando como resultado una señal
cuadrada que cambia de estado en cada cruce .
57 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
4.2.2 Angulo de Disparo
Ilustración 30 Angulo de Disparo a 90º
En el software desarrollado anteriormente hemos creado un pulso de 10us que tendrá
un rango de control de 0º a 180º es decir de cruce a cruce, como se puede ver en el
Canal B (azul) de la ilustración 30, este pulso estará en el microcontrolador en puerto
RB3, pin 36.Este pulso ira hacia el GATE del TRIAC BTA 40.
4.3 Circuito y Software incorporado Angulo de disparo y termómetro digital.
4.3.1 Desarrollo del Software
Para lograr el correcto funcionamiento de este programa es necesario tomar en
cuneta el orden de declaración de variables y constantes, además de coordinar el uso
de puertos y periféricos.
Este programa será implementado con el microcontrolador en el circuito de la
Ilustración 29.
Program termometroydisparador
symbol PWM = PORTB.3
58 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
const retardo as byte=10 const ESCALA as float = 8.05 'escala de transformación Const Divisor as byte=4 Dim ciclos, util, angulo as byte dim dato AS WORD dim txt as string[3] dim AUX as byte dim VOLTAJE as word dim DISP as char[4] sub procedure interrupt if TestBit(INTCON,INTF) then
if OPTION_REG.INTEDG=0 then OPTION_REG.INTEDG=1 ' detecta flancos bajada else OPTION_REG.INTEDG=0 ' flancos de subida End if setbit(T2CON,TMR2ON) ' prendo ClearBit(INTCON,INTF)
end if if TestBit(PIR1,TMR2IF) = 1 then ' Pregunta si el causante de la
inc(ciclos) ' interrupción fue el TIMER2 if ciclos=0 then PWm=0 end if if ciclos=angulo then PWM=1 util=angulo+3 end if if ciclos=util then PWm=0 end if if ciclos=255 then
59 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
Clearbit(T2CON,TMR2ON) ' apago timer 2 end if PR2=150 ClearBit(PIR1,TMR2IF) ' Limpia bandera de interrupción del TIMER2
end if end sub main: '********************************************************* INICIALIZACIÓN DE PUERTOS Y PERIFÉRICOS '********************************************************* 'Habilitación de interrupciones SetBit(PIE1,TMR2IE) ' Habilita interrupción por TIMER2 SetBit(INTCON,PEIE) ' Habilita interrupción por periféricos SetBit(INTCON,GIE) ' Habilita interrupciones globales SetBit(INTCON,INTE) ' Hablilita INT externa RB0 OPTION_REG.INTEDG=1 ' flancos de subida ' configuración del timer 2 T2CON = %00000000 ' Programa modo TIMER (reloj interno) con ' prescaler de 1:1 postscaler 1:1 TMR2=0 PR2=96 'pone en 0 contador del TIMER Clearbit(OPTION_REG,0) 'Pull Up habilitadas Puerto B ciclos=255 util=127 'conversor adcon1=%10001110 ' Configura entradas analógicas y Vref. TRISA = $FF ' PORTA is input TRISB=%0000111 angulo=0 Lcd_Init(PORTD) Lcd_Cmd(LCD_CLEAR) ‘ limpia la lcd Lcd_Cmd(LCD_CURSOR_OFF) ‘ apaga el cursor de la lcd Lcd_Out(1,1,"Angulo:") Lcd_Out(2,1,"TEMP:") ADCON1 = %10001110 TRISD = %00000000
60 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
AUX = 0 VOLTAJE = 0 '**************************************************** ' PROGRAMA PRINCIPAL '**************************************************** while true if PORTB.1 = 0 then delay_ms(50) if angulo <> 252 then
angulo=angulo+1 ByteToStr(angulo, txt) Lcd_Out(1,8,txt)
end if end if if PORTB.2 = 0 then delay_ms(50) if angulo <> 0 then
angulo=angulo-1 ByteToStr(angulo, txt) Lcd_Out(1,8,txt)
end if end if delay_ms(50) VOLTAJE = Adc_Read(0) AUX = VOLTAJE div ESCALA ByteToStr(AUX,DISP) Lcd_Out(2,10,DISP) wend end.
4.4 Elaboración del Circuito Impreso (PCB)
El PCB ha sido desarrollado en el programa Altium Designer en su versión 8.0. El
PCB esta impreso ha doble cara y tiene dimensiones de 78x73cm. Para la
elaboración de este circuito impreso, primero fue necesario el diseño de un circuito
SCHEMATIC (.sch). Luego utilizando una librería de footprints, se asociaron cada
uno de los componentes con sus respectivo footprint. Fue necesario constatar que
cada uno de los footprints de la librería coincida con los elementos existentes en el
61 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
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CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
mercado local. Finalmente usando las herramientas de diseño de PCB’s de Altium
Desiger se procedió al diseño y colocación de los componentes en la placa. Para
posteriormente imprimir el diseño en un placa de cobre y soldar los elementos.
Ilustración 31 SCHEMATIC final.
Q2
2N3904
220
R5 1KR4
1KR13
1KR9
1K
R7
1KR10
S1SW-PB
GND
GND
VCC
VCC VCC
RA0/AN02
RA1/AN13
RA2/AN2/VREF-4
RA3/AN3/VREF+5
RA4/T0CKI6
RA5/AN47
RB0/INT33
RB134
RB235
RB3/PGM36
RB437
RB538
RB6/PGC39
RB7/PGD40
RC0/T1OSO/T1CKI 15
RC1/T1OSI 16
RC2/CCP117
RC3 18
RC423
RC5 24
RC6/TX/CK25
RC7/RX/DT 26
RD0/PSP0 19
RD1/PSP1 20
RD2/PSP2 21
RD3/PSP3 22
RD4/PSP427
RD5/PSP5 28
RD6/PSP629
RD7/PSP7 30
RE0/RD/AN5 8
RE1/WR/AN6 9
RE2/CS/AN7 10
VSS12
VSS31
MCLR/VPP/THV1
OSC1/CLKI13
OSC2/CLKO14
VDD 11
VDD 32
U2
PIC16F871-I/P
GND
GND
22pFC4
22pFC5
12
1XTAL
GND
220
R8
GND
10KR12
VCC
GND
GND
VCC
1uF
C1Cap2
0.1uF
C2Cap2
D3
LED0
330
R1Res1
1000uF
C3Cap Pol1
VCC
VCC
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
P3
Header 16
GND
IN1
2
OUT 3
GND
U1 L7805ACV
12
P1
Header 2H
D2Bridge1
GND
330
R11
VCC
GND
1K
R2
220
R3
GND
Q1Triac
1K
R6
1K
R14Res Tap
VCC
GND
D1
Diode 1N4002
123456
P4
Header 6
GND
1234
P2
Header 4H
P1
P2
T CLUP
NIQ
AC
E VAL6
61
1
22 4 4
*1
OPTO TRIAC
6 611
22 4 4
*2
OPTO TRIAC
15pf
C6
Cap2
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUI
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
“COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUI
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
“COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUI
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
“COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUI
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
Ilustración 32
“COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
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32 PCB final
“COLEGIO TÉCNICO SALESIANO” NAS ELÉCTRICAS
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
NAS ELÉCTRICAS
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63 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
CONCLUSIONES
1. El manejar altos niveles de corriente, debido a la potencia de la niquelina,
requiere medidas especiales para el control de la corriente. Tales como usar
conductores de grueso calibre y disipadores de calor.
2. Para el correcto funcionamiento de la NTC es necesario que sus terminales
estén eléctricamente aislados. Para que al introducirlos en el agua la NTC no
varié sus valores resistivos.
3. La realización de un termómetro digital preciso requiere de un amplio
conocimiento sobre sensores de temperatura, sus valores, sus errores, sus
ventajas y desventajas. Ya que de la constante de transformación dependerá la
efectividad de este circuito.
4. Para el detector de cruces por cero es necesario que la señal analogía de
entrada se a menor a 9VAC, ya que el puerto o el PIC podrían sufrir averías.
5. El caudal de entrada de agua a la ducha es inversamente proporcional a la
temperatura de salida de esta. Por tanto se requiere, para el correcto y preciso
funcionamiento del sistema, que el flujo sea previamente regulado. Y con
esto lograremos un rango de control mas optimo.
6. El agua al tener la propiedad de conducir a corriente eléctrica, dificulta
mucho el trabajo ya que al manejar corrientes altas debido a la potencia de la
niquelina estamos propensos a descargas eléctricas al nosotros hacer contacto
con el agua.
64 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
RECOMENDACIONES:
• Calcular precisamente los calibres de los conductores y todos los elementos
donde circularan altas corrientes.
• Para la elaboración de la placa(PCB), se debe tener en cuenta los
componentes existentes en el mercados, y las dimensiones de los mismos.
• Comprobar las propiedades del microcontrolador antes de implementar el
programa.
• En el control de voltaje en la niquelina colocar un TRIAC que soporte la
corriente a manejar, para evitar posibles fallas en el sistema.
• Utilizar métodos de disipación de calor en los TRIAC’s, ya que por estos
circulan altas corrientes que producen calor, que podría dañar el sistema.
• Verificar los Datasheets del microcontrolador a utilizar, para poder
aprovechar de mejor manera todos sus parámetros externos e internos.
• Aislar todos los elementos eléctricos que estén expuestos al contacto con el
agua.
• Al existir diferentes tipos de conexión del LCD y el microcontrolador,
comprobar que la conexión física sea la misma que la programada.
65 “COLEGIO TÉCNICO SALESIANO”
INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELÉCTRICAS
CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELÉCTRICA
BIBLIOGRAFÍA
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