Semáforo con LEDs y programador de bote

Los alumnos de 2º de taller tecnológico y profesional han realizado como proyecto un semáforo construido con diodos led y un programador de bote que sirve de regulador del tiempo de encendido de los tres colores.

A continuación se puede ver el vídeo y esquema de funcionamiento del semáforo construido por Javier Merchante, Lorena Lozano y María Teresa Portilla de 2ºD.

Temporizador monoestable con el C.I. 555

Uno de los proyectos que vamos a desarrollar en tecnología de 4 ESO es un secador de manos descrito en el cuadernillo de proyectos. Su funcionamiento es tal que cuando acercamos las manos al secador, éste se activa y funciona durante un tiempo determinado, a partir del cual el secador se para. Para ello utilizamos un temporizador realizado mediante un circuito electrónico basado en el circuito integrado 555, en configuración monoestable con retardo a la desconexión.



El C.I. 555 tiene ocho pines o terminales que son los siguientes:

• Pin 1 (masa): terminal de alimentación a 0 V.
• Pin 2 (Disparo): cuando el voltaje en este terminal es < 1/3 Vcc, la tensión de salida conmuta a Vo=Vcc.
• Pin 3 (Salida): terminal en el que se obtiene la tensión de salida Vo.
• Pin 4 (Reset): cuando la tensión aplicada en este terminal es de 0 V, entonces Vo= 0 V. Para que este terminal no actúe se le ha de proporcionar una tensión igual a la de alimentación Vcc.
• Pin 5 (Tensión de control): en este terminal se ha de conectar un condensador de una capacidad comprendida entre 10 nF y 100 nF.
• Pin 6 (Umbral): se la tensión aplicada aquí > 2/3 Vcc, la tensión de salida conmuta a Vo=0 V.
• Pin 7 (Descarga): con tensión de salida a nivel bajo, este terminal se comporta como un cortocircuito a masa, por lo que los condensadores que tenga conectados se descargarán.
• Pin 8 (Alimentación): Este C.I. admite un amplio rango de tensiones de alimentación comprendido entre 5 y 15 voltios. Normalmente podemos utilizar 9 V.

En la imagen se muestra el esquema electrónico del circuito y el gráfico V-t donde se aprecia la variación temporal del voltaje de salida V0 (pin3) en azul, el voltaje de disparo (pin2) en rosa y el voltaje umbral (pin6) en rojo.

En estado normal de reposo, el fototransistor no recibe luz (lámpara hacia abajo) y el voltaje en el pin 2 es de 9 V. Por tanto Vo = 9V.
Cuando acercamos las manos al secador unos instantes, por ejemplo durante 1 s, éstas reflejan la luz infrarroja que emite el diodo IR y la recibe el fototransistor. Esto hace que el transistor se sature y el voltaje en el pin2 (disparo) sea bajo (inferior a 1/3 de Vcc). Este disparo dura algo menos de 1 segundo, pero es suficiente para que el voltaje de salida del pin 3 sea alto, prácticamente 9 V. En ese instante, el condensador (en rojo) se va cargando haciendo que suba la tensión en el pin 6, y cuando alcanza 2/3 de Vcc (3V) entonces la salida del 555 conmuta a V0=0V.
El tiempo que la salida V0 está a nivel alto dura hasta que la carga del condensador haga que el voltaje umbral llegue a 2/3 de Vcc. Este es el tiempo que el temporizador está activado y viene determinado por la expresión

T=1,1 RC

siendo R el valor de la resistencia en óhmios del potenciómetro y C la capacidad en Faradios del condensador.

Durante el tiempo de activación (curva azul en nivel alto) el transistor que controla el motor está saturado y el motor gira. Cuando termina la activación (curva azul en nivel bajo), dicho transistor pasa a corte por lo que el motor se detiene.

Con este montaje, una vez fijado el condensador, podemos variar el tiempo de activación del secador sin más que actuar sobre el potenciómetro aumentando el valor de R.

Observaciones:

• En el circuito de la imagen se ha utilizado un fototransistor con lámpara para simular el funcionamiento. En el circuito real hay que sustituir la "lámpara" que ilumina el circuito por un diodo emisor de IR como el CQY99 con su correspondiente resistencia de protección.
  

• Ver también construcción de un semáforo con el 555

Semáforo con el C.I. 555

En una entrada anterior, estudiamos el circuito 555 para construir un secador de manos. Otro circuito posible en el que podemos emplear el 555 como temporizador monoestable es el caso de un semáforo. En la imagen vemos el esquema electrónico de un secuenciador con tres C.I. 555 que regulan el tiempo de encendido de cada uno de los LEDs del color correspondiente. El tiempo que dura encendido el led verde es viene determinado por la resistencia de 50k y el condensador de 100 microF:

Tv = 1,1 * R*C = 1,1 * 50*10E3 *100*10E-6 = 5,5 s (en rosa en el gráfico).

Un cálculo análogo para el Led amarillo con 25k y 100 microF obtenemos 2,75 segundos ( en azul). De la misma forma, para el led rojo con 75k y 100 microF tenemos una duración de 8,25 segundos. (en rojo).

Una modificación posible al circuito es sustituir la rama de cada LED por un relé, de forma que podamos controlar un semáforo formado por varios LEDs o por bombillas convencionales.


Información relacionada: Temporizador monoestable con el 555

Alarma para puerta y ventana con el C.I. 555 en configuración Aestable

En este proyecto se realiza una alarma para puerta y ventana utilizando el 555 en configuración multivibrador aestable, es decir, que el circuito no posee ningún estado estable y conmuta continuamente entre dos estados inestables, haciendo sonar un zumbador de forma intermitente.

La forma de activar el multivibrador es por medio de dos interruptores colocados en una puerta y una ventana respectivamente. Al abrir cualquiera de ellas aunque sea sólo un segundo, se activa el relé (de enganche) que permanecerá activado hasta que pulsemos el interruptor de rearme, que lógicamente deberá estár en un lugar oculto. Mientras esté activado el relé, el multivibrador está también activado y suena la alarma de forma ininterrumpida hasta el rearme.

El condensador se cargará a través de las resistencias R1 y R2 mientras la tensión de salida (pin3) esté a nivel alto, hasta que su tensión alcance un valor igual a 2/3 de la de alimentación (8V), momento en el cual la tansión de salida pasa de nivel alto a nivel bajo. El condensador ahora se descargará a través de la resistencia R2, ya que el transistor interno de descarga está saturado, hasta que su tensión sea igual a 1/3 de Vcc (4V), momento en el que el C .I. vuelve a conmutar, pasando su salida a nivel alto. A partir de aquí el ciclo se repite indefinidamente.

Debajo del esquema eléctrico se aprecia una gráfica que muestra el valor del voltaje (en V) en la salida del condensador y en la salida (pin3) en función del tiempo (en ms).

La duración del estado alto, T1, y bajo, T2, para los valores de la imagen, será respectivamente:

T1 = 0,693(R1+R2)C =1,25 ms

T2=0,693R2C = 0,55 ms

El período T es

T=T1+T2 =1,8 ms =0,0018 s

y la frecuencia f

f=1/T = 1/(T1+T2) = 1/(0,693(R1+2R2)C) = 555,5 hz

Vemos que la frecuencia del sonido depende inversamente de R1, R2 y C. Si R1 y C son fijos y hacemos que R2 sea un potenciómetro, variando éste podemos cambiar la frecuencia.

Puerta de seguridad

Otro proyecto propuesto para 4º ESO es la puerta de seguridad. Se trata de diseñar una maqueta de una puerta que sólo se abra cuando se introduzca una llave adecuada. En caso contrario, se activará una alarma sonora.

Una solución para este proyecto es utilizar los conceptos de electrónica digital estudiados. El circuito descrito en el cuadernillo de proyectos lo podemos dibujar utilizando el simulador de circuitos croclip, como aparece en la imagen.

La llave consiste en una tablita con tres agujeros a, b y c que estarán tapados o no. Las posibles combinaciones son 8, por lo que construiremos ocho llaves. Decidimos que las llaves que abren son las que tengan agujeros solo en a, solo en b, en a y b, y en a y c. Las cuatro restantes harán saltar la alarma.

El montaje del proyecto se hace con tres LDRs que están iluminadas permanentemente por una bombilla. Si introducimos una llave, según los agujeros que tenga o no perforados, permitirá que llegue o no luz a la LDR correspondiente y además actuará sobre el pulsador que activa todo el circuito.

Establecemos el valor lógico "0" cuando existe agujero y "1" cuando no hay agujero en una posición determinada. La figura de arriba representa la situación de una llave que tiene agujeros en las posiciones a, b y c. Por tanto, la salida lógica sería "0", la puerta no se abriría y sonaría la alarma. En la simulación del circuito, tenemos que apretar el pulsador para simular que hemos introducido la llave.

Modelo de proyecto de 1º ESO

Se adjunta el siguiente modelo de proyecto de 1º ESO.

TI-I Tema 12: Elementos transmisores de movimiento

Actividades del libro propuestas:

5-6-9-12-17-19-23


Para repasar:

7

Para afianzar:

25-30

Recursos interesantes:
En el bloque de enlaces sobre mecanismos de este mismo blog puedes encontrar simuladores de mecanismos como Relatrán y engranajes.