Carro seguidor de luz

Carro seguidor de luz.Eduardo Arévalo Cajamarca, Kelvin Aponte Fares

earevalo@ets.ups.edu.ec ,kaponte@est.ups.edu.ec

Estudiantes de la Universidad Politécnica Salesiana sede Cuenca. Carrera de ingeniería mecánica mención en diseño.

RESUMEN: En el presente trabajo se desea exponer el proyecto de un carro seguidor de la luz , al igual que poner en practica los diferentes tipos de conocimientos que hemos adquirido a lo largo de este interciclo a cerca de la electrónica analógica, haciendo énfasis en la base teórica que vamos a desarrollar, el la cual destacamos la importancia de elementos tales como: los LDR, los transistores, los diodos y los relés, que son nuestros elementos electrónicos básicos para el desarrollo de este proyecto investigativo tanto teórico como práctico.

PALABRAS CLAVES: Electrónica analógica, LDR, diodo, transistores, conmutación, potenciómetros, relés, motor de corriente directa.

SUMMARY: In this paper I want to expose the topic of graphic synthesis of different types of links existing synthesis such as: qualitative means creating potential solutions in the absence of a well-defined algorithm to set the solution, type is defining the most appropriate type of mechanism to solve a problem, quantitative which defined as generating one or more solutions to be considered suitable for a problem and dimensional it is necessary to determine the proportions of a link to achieve the desired movements.

KEYWORDS: Engineering, design, links, synthesis, qualitative type, quantitative, dimensional.

1 INTRODUCION

La electrónica analógica considera y trabaja con valores continuos pudiendo tomar valores infinitos, podemos acotar que trata con señales que cambian en el tiempo de forma continua porque estudia los estados de conducción. La Electrónica Analógica abarca muchos campos como por ejemplo, la electrónica analógica dinámica que trata de un circuito que traslada hondas o vibraciones a un sistema eléctrico, la

analógica hidráulica la cual es existente entre una corriente del agua de superficie plana o un flujo bidimensional como ejemplo un reloj, el cual tiende a tener cuatro engranaje de diferentes tipos los cuales son movidos por un conductor, el mueve los engranajes que son de diferentes tamaños pero cada uno para una función especifica como la de los segundos, minutos y horas. En base a esto nuestro proyecto del carro seguidor de la luz, lo que tratamos de

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lograr es que por medio de la manipulación de estas señales, logremos obtener el resultado de hacer girar en un sentido un motor de corriente directa controlado por las LDR como tipo pulsantes, los transistores como contactores y obviamente juegos de resistencias que serán calculados posteriormente y de la misma manera con un grupo igual a este de elementos invertir el giro y mover un coche de juguete hacia delante o atrás.

2 MATERIALES Y METODOS

2.1 MATERIALES

2.1.1 Diodos

Es un componente discreto que permite la circulación de corriente entre sus terminales en un determinado sentido, mientras que la bloquea el sentido contrario.

2.1.1Funcionamiento del diodo ideal:

El funcionamiento del diodo ideal es un componente que presenta resistencia nula al paso de la corriente en un determinado sentido y resistencia infinita en otro sentido.

V = 10V, R = 1K, D = diodo, i = 10 mA.

a. Conducción del diodo en sentido directo (diodo cerrado)

V = 10V, R = 1K, D = diodo, I = 0mA.

b. Conducción del diodo en sentido inverso (diodo abierto)

En nuestro circuito el diodo que será utilizado será de 100V 1A, usado en anti paralelo en los relés, con el fin de que

cuando el relé se descargue la corriente se descargue sobre el relé mismo y evitar quemar los otros componentes del circuito. (Gráfica 2.1.1)

(Gráfica 2.1.1) Diodo en anti paralelo.

2.1.2 Transistores de unión bipolar (btj)

Es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través de sus terminales. La denominación de bipolar se debe a que la conducción tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad en gran número de aplicaciones, en este caso usamos a los transistores como interruptores abiertos o cerrados según se lo requiera y para esto el transistor debe estar en conmutación que se explicara mas adelante.

Para este proyecto se uso el transistor 2N2222, por ser uno de los mas comerciales y de mayor uso en este tipo de circuitos en las tablas 1 y2; y en la grafica 2.2 se muestras unan las especificaciones de dicho articulo.

PIN DESCRIPCION

1 EMISOR

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2 BASE

3 COLECTOR

Tabla 1

Simbolo Parmetro Condición Min Max unidadesVCBO Voltaje

colectror base

Emisor abierto

60 V

VCEO Voltaje colector emisor

Base abierto

30 V

Ic Corriente de colectod (DC)

800 mA

HFE DC Ic=10mA Vce=10V

75 -

Tabla 2

(Gráfica 2.1.2) BJT

2.1.3 LDRLDR viene de la expresión inglesa

Light Dependent Resistor, se caracterizan por ser componentes pasivos cuya resistencia varía en función de la luz que reciben. Un LDR está fabricado con un semiconductor de alta resistencia como puede ser el sulfuro de cadmio. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta

frecuencia, los fotones son absorbidos por la elasticidad del semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar la banda de conducción. El electrón libre que resulta (y su hueco asociado) conduce electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia. El rango de resistencia que nos puede dar un LDR desde la total oscuridad hasta la plena luz, nos va a variar de un modelo a otro, pero en general oscilan entre unos 50Ω a 1000Ω cuando están completamente iluminadas y entre 50KΩ y varios MΩ cuando está completamente a oscuras.

Para la conexión de un LDR debemos hacer el ya conocido divisor de tensión, de donde sacaremos la señal para conectar a nuestra entrada analógica.

Podemos conectarlo de dos maneras diferentes grafica 2.3:

(Gráfica 2.1.3) Conexión de LDR.

Si utilizamos el LDR como resistencia inferior del divisor de tensión, nos dará la tensión máxima cuando tengamos el LDR en plena oscuridad, ya que estará oponiendo el máximo de su

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resistencia al paso de la corriente derivándose esta por Voltaje de salida al completo, si lo utilizamos como resistencia superior, el resultado será el inverso, tendremos la tensión máxima cuando esté completamente iluminado, ya que se comportará prácticamente como un circuito abierto, con una resistencia de 50Ω o 1000Ω. Para nuestra aplicación nosotros necesitamos que los LDR estén el la parte superior, para que de esta manera cuando este en presencia de la luz para que de esta manera permita el paso de la luz y así permita el paso de corriente que será amplificada por el transistor y cerrara los contactores de los relés y hará girar el motor.

2.1.4 RELÉ

El Relé es un interruptor operado magnéticamente. El relé se activa o desactiva (dependiendo de la conexión) cuando el electroimán (que forma parte del relé) es energizado (le ponemos un voltaje para que funcione).Esta operación causa que exista conexión o no, entre dos o más terminales del dispositivo (el relé). Esta conexión se logra con la atracción o repulsión de un pequeño brazo, llamado armadura, por el electroimán. Este pequeño brazo conecta o desconecta los terminales antes mencionados. Grafica 2.4

(Gráfica 2.1.4) vista interna de relé

La aplicación del relé en nuestro proyecto realiza el trabajo de un contactor que va conectado al motor con el fin de controlar cuando este tiene que trabajar, se hizo uso de 2 relés para que se realice la inversión de giro y el carro valla adelante o hacia atrás, se hizo uso del relé porque utiliza poca corriente, y puede fácilmente activar el motor de corriente directa que estamos utilizando.

2.1.5 POTENCIOMETRO

Un potenciómetro (grafica 2.5) es un resistor cuyo valor de resistencia puede ser ajustado. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se

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conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie.

Normalmente, los potenciómetros se utilizan en circuitos de poca corriente.

(Gráfica 2.1.5)

El potenciómetro lo usamos simplemente para la regulación de la sensibilidad de los LDR.

2.1.6 MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA

El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica continua en mecánica, provocando un movimiento rotatorio. Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos.

El motor (grafica 2.6) que usamos para el desarrollo de nuestro proyecto se especifica en la tabla 2.6

Tipo de motor

Voltaje(V) Velocidad angular(RPM)

Corriente(A)

DC 9 1600-3200 109mA-116mA

Tabla 2.6

(Gráfica 2.1.6) Motor 9VDC

2.2 MODELACION Y CALCULOS.El circuito que estamos utilizando

es muy práctico, de fácil diseño y eficiente para lo que se desea lograr, se detallan los siguientes DATOS:

V=9VDC

Ic=50mA (este dato se lo obtiene del relé ya que esta es en promedio la corriente que consume)

HFE=163

G=8 garantía

CALCULOS

ib(sat)= Ic∗GHFE

=50∗2163

=0.61mA

Rb=9−0.60.61

=13.7KΩ

En los cálculos nos dio un resultado de una resistencia de base 13.7KΩ, decidimos usar la LDR como resistencia base en la parte

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superior como se menciono antes en la pagina 3.

(Gráfica 2.2)

En esta grafica se ve simulada en el software virtual wire, la primera parte del circuito con la LDR como resistencia de base, el transistor como interruptor, una resistencia de 1KΩ solo por seguridad de respaldo en cado de que la LDR falle, el potenciómetro para calibrar la sensibilidad del LDR, el rele que actuara como contactor para para cerrar el circuito que hará funcionar el motor, y un diodo en antiparalelo para que la bobina del relé se descargue sobre si misma cuando el circuito no este funcionando, para probar la eficacia del circuito haremos una prueba de escritorio.

LUZ Ib1 ic1 Q1 RELE Motor

ON ib sat

ic max

sat Activado Activado

OFF 0 0 corte Desactivado Desactivado

Con esto conseguimos que el motor gire en un sentido, en el cual interviene los relés y el intercambio de contactores abiertos y cerrados con el cambio de polaridad de la otra parte del circuito que es exactamente

igual al explicado anteriormente, logramos que el motor invierta su giro y consiguiendo como resultado final el carro seguidor de luz (grafica 2.2).

(Gráfica 2.2) Carro seguidor de luz

En el anexo 1 se detalla el circuito completo ya simulado, y su funcionamiento.

3 RESULTADOSLos resultados obtenidos en este

proyecto, cumplieron los objetivos propuestos el cual era de hacer funcionar un carro de juguete, con el solo hecho de acercarle una luz, y lo más importante de esto fue que pudimos poner en practica la teoría aprendida en este interciclo, por medio de un ejemplo practico, sencillo y eficiente que ha llenado nuestras expectativas.

El resultado que nos pareció más importante resaltar es que no necesitamos de un puente H para realizar la inversión de giro, sino que lo hicimos de manera mecánica solamente con contactores abiertos y cerrados de los relés.

Otro de los resultados que nos pareció significativo fue que dependiendo

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de la posición de las LDR los resultados van a cambiar, o sea si se lo usa como resistencia superior o inferior, esto pensamos que es importante ya que ninguno de los dos miembros del grupo de investigación tenia experiencia en este campo de la ciencia, y fue muy significativo la experiencia que tuvimos al realizar este proyecto.

Al desarrollo de esta practica como resultado colateral obtuvimos ideas que este tipo de circuitos a parte de ser un juguete que podría ser lanzado al mercado, también podría ayudar a solventar necesidades como es el caso de tal vez automóviles futuristas que pueda seguir caminos de luz predefinidos, con el fin de evitar accidentes de tránsitos y muertes por culpa de la impericia humana, además de ahorrar tiempo y dinero a los usuarios.

4 CONCLUSIONES- Concluimos que el presente trabajo

tiene el carácter de dar a conocer de manera sencilla diferentes elementos de la electrónica, a fin de que el elector entienda la función de cada uno y como se aprovechan las características que ofrece cada uno para la realización de este trabajo.

- Concluimos que es importante la base teórica, a fin de que con estas bases y el ingenio y la experiencia se puedan tomar este proyecto como base y poder generar creaciones con utilidades de mayor carácter, que sean aplicativos a solventar necesidades.

- Concluimos que este proyecto no fue de gran dificultad de realizarlo, y los resultados fueron muy buenos, porque pudimos obtener mas ideas de las aplicaciones de la electrónica, y como esta cambia la vida de las personas día a día.

5 BIBLIOGRAFIA Y REFERENCIAS -Camps Valls Gustavo, López José Espí , Marí Jordi Muñoz Fundamentos de electrónica analógica. 6ta Ed, valencia, PUV, 2006. 387pp

-Catálogos de BJT (Consultado de 10 de noviembre del 2012) Disponible en: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/philips/2N2222.pdf

-Electrónica analógica, fundamentos de electrónica analógica (Consultado el 11 de noviembre del 2012) Disponible en: http://www.monografias.com/trabajos33/electronica-analogica/electronica-analogica.shtml

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ANEXO 1

Circuito de carro seguidor de luz completo, en el cual ambos LDR están sin luz por lo tanto el motor no gira.

La LDR de la parte superior esta simulada como si tuviera presencia de luz, por lo tanto hace girar al motor en sentido horario.

La LDR inferior es ahora la que se simula en presencia de luz, por lo tanto el motor gira en sentido anti horario.

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