como hacer un semaforo con arduino

U.D. Sistemas de ControlAutomático

INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLOGICO PÚBLICO “NUEVA ESPERANZA”

INFORME DE PROYECTO

A. OBJETIVO DEL PROYECTO:- Aplicación de nueva tecnología en asuntos de semáforos para mejorar la

calidad de servicio, tomando como referencia los semáforos ubicados en el cruce de las AV. MANUEL VERA ENRIQUES y la AV. AMERICA NORTE.

B. CONDICIONES INICIALES DE SERVICIO:

- Como podemos observar en la figura, contamos con semáforos en buen estado aparentemente, son dos los patrones, uno para cada avenida, sus juegos en los que actúan ambos semáforos, se detallan a continuación.

- Detalle de juego de luces.Semáforo 1: AV. MANUEL VERA ENRIQUEZ.

ROJO: 45 Segundos. VERDE: 40 Segundos. ÁMBAR: 5 Segundos.

Semáforo 2: AV. AMERICA NORTE. VERDE: 40 Segundos. ÁMBAR: 5 Segundos. ROJO: 45 Segundos.

- Cabe señalar, que en tiempo real, los dos funcionan en simultáneo, en el orden en el cual han sido mencionados.



C. CONDICIONES EN LAS QUE SE PROYECTA DEJAR EL SERVICIO:- Se conservara el juego de luces, se respetara los tiempos.- Se cambiara el tipo de luz, esto quiere decir que se utilizara focos led, para un ahorro en el

consumo de energía, se dejara de lado los focos incandescentes.- Para complementar el servicio, se implementara un sistema indicador de tiempo, es decir un

contador en cuenta regresiva para el color en el que en ese momento se encuentra activo , para que el conductor, que está observando las luces del semáforo, tenga en cuenta que tiempo estará esa luz encendida, cuando cambiara, y así pueda tomar las precauciones del caso.

D. ANÁLISIS TÉCNICO DE LA AUTOMATIZACIÓN.1. Características técnicas de los focos led´s.

Definición: Un led es un componente opto electrónico pasivo y, más concretamente, un diodo que emite luz.Funcionamiento: Cuando un led se encuentra en polarización directa, los electrones pueden recombinarse con los huecos en el dispositivo, liberando energía en forma de fotones. Este efecto es llamado electroluminiscencia y el color de la luz (correspondiente a la energía del fotón) se determina a partir de la banda de energía del semiconductor. Por lo general, el área de un led es muy pequeña (menor a 1 mm2), y se pueden usar componentes ópticos integrados para formar su patrón de radiación. Comienza a lucir con una tensión de unos 2 Voltios.Valores de aplicación de voltaje de acuerdo al color:

Rojo = 1,8 a 2,2 voltios. Anaranjado = 2,1 a 2,2 voltios. Amarillo = 2,1 a 2,4 voltios. Verde = 2 a 3,5 voltios. Azul = 3,5 a 3,8 voltios. Blanco = 3,6 voltios.

Formas de determinar la polaridad de un led: Existen tres formas principales de conocer la polaridad de un led:

La pata más larga siempre va a ser el ánodo. En el lado del cátodo, la base del led tiene un borde plano. Dentro del led, la plaqueta indica el ánodo. Se puede reconocer porque es más pequeña que

el yunque, que indica el cátodo.



2. Software a utilizar para lograr el proyecto.El software (Programador), que utilizaremos es el ARDUINO.Arduino es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos basada en software y hardware flexibles y fáciles de usar. Se creó para artistas, diseñadores, aficionados y cualquiera interesado en crear entornos u objetos interactivos.Arduino puede tomar información del entorno a través de sus pines de entrada de toda una gama de sensores y puede afectar aquello que le rodea controlando luces, motores y otros actuadores. El micro controlador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing). Los proyectos hechos con Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un ordenador, si bien tienen la posibilidad de hacerlo y comunicar con diferentes tipos de software (p.ej. Flash, Processing, MaxMSP).Las placas pueden ser hechas a mano o compradas montadas de fábrica; el software puede ser descargado de forma gratuita. Los ficheros de diseño de referencia (CAD) están disponibles bajo una licencia abierta, así pues eres libre de adaptarlos a tus necesidades.



Existen varios tipos de arduino, como el arduino uno, arduino mega, arduino Leonardo, etc. Para este proyecto utilizaremos el arduino mega.ARDUINO MEGA: Este tipo de arduino, es especial ya que cuenta con 53 salidas digitales que pueden ser programadas, esto nos ayuda a tener un campo de aplicación mucho más grande, colocar más variables. Otra característica es que una vez hecho el proyecto, el arduino quedara dentro del proyecto, ya que su integrado, el ATMEGA2560, no puede ser extraído de la placa. Su alimentación es vía USB, aquí se pasan los datos, además una alimentación de 5 V, que puede ir directo desde una PC, si fuera una alimentación externa, puede ser con un rango desde 7 hasta 24 V, ya que la placa de arduino cuenta con un regulador que lo hace que funcione a 5 V, el arduino nos da en sus terminales, una tensión de 5 V, y una corriente máxima de 40 mA, si superaramos esta barrera, estaríamos expuestos a malograr la placa de arduino.

3. Características técnicas de los dispositivos electrónicos a utilizar.DISPLAY DE 7 SEGMENTOS: El visualizador de siete segmentos (llamado también display), es una forma de representar números en equipos electrónicos. Está compuesto de siete segmentos que se pueden encender o apagar individualmente. Cada segmento tiene la forma de una pequeña línea. Se podría comparar a escribir números con cerillas o fósforos de madera.El visualizador de 7 segmentos es un componente que se utiliza para la representación de números en muchos dispositivos electrónicos, debido en gran medida a su simplicidad. Aunque externamente su forma difiere considerablemente de un led típico, internamente están constituidos por una serie de led´s con unas determinadas conexiones internas, estratégicamente ubicados de tal forma que forme un número '8'.Segmentos e identificación de los mismos.Cada uno de los segmentos que forman la pantalla está marcados con siete primeras letras del alfabeto ('a'-'g'), y se montan de forma que permiten activar cada segmento por separado, consiguiendo formar cualquier dígito numérico. A continuación se muestran algunos ejemplos:



Si se activan o encienden todos los segmentos se forma el número "8".Si se activan sólo los segmentos: "a, b, c, d, e, f," se forma el número "0".Si se activan sólo los segmentos: "a, b, g, e, d," se forma el número "2".Si se activan sólo los segmentos: "b, c, f, g," se forma el número "4".Muchas veces aparece un octavo segmento denominado dp. (Del inglés decimal point, punto decimal).Los led´s trabajan a baja tensión y con pequeña potencia, por tanto, podrán excitarse directamente con puertas lógicas. Normalmente se utiliza un codificador (en nuestro caso decimal/BCD) que activando una sola pata de la entrada del codificador, activa las salidas correspondientes mostrando el número deseado. Recordar también que existen pantallas alfanuméricas de 16 segmentos e incluso de una matriz de 7*5 (35 bits).Los hay de dos tipos: ánodo común y cátodo común.En los de tipo de ánodo común, todos los ánodos de los led´s o segmentos están unidos internamente a una patilla común que debe ser conectada a potencial positivo (nivel “1”). El encendido de cada segmento individual se realiza aplicando potencial negativo (nivel “0”) por la patilla correspondiente a través de una resistencia que límite el paso de la corriente.En los de tipo de cátodo común, todos los cátodos de los led´s o segmentos están unidos internamente a una patilla común que debe ser conectada a potencial negativo (nivel “0”). El encendido de cada segmento individual se realiza aplicando potencial positivo (nivel “1”) por la patilla correspondiente a través de una resistencia que límite el paso de la corriente.Los segmentos pueden ser de diversos colores, aunque el visualizador más comúnmente utilizado es el de color rojo, por su facilidad de visualización.El tipo de display que utilizaremos es el de cátodo común, ya que tenemos que aplicarle un pulso positivo, para que este pueda encender.



RESISTOR: Se denomina resistor al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito eléctrico. En el propio argot eléctrico y electrónico, son conocidos simplemente como resistencias. Es un material formado por carbón y otros elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa. Se opone al paso de la corriente. La corriente máxima y diferencia de potencial máxima en un resistor viene condicionada por la máxima potencia que pueda disipar su cuerpo. Esta potencia se puede identificar visualmente a partir del diámetro sin que sea necesaria otra indicación. Los valores más comunes son 0,25 W, 0,5 W y 1 W.Códigos de colores de las resistencias.Para caracterizar un resistor hacen falta tres valores: resistencia eléctrica, disipación máxima y precisión o tolerancia. Estos valores se indican normalmente en el encapsulado dependiendo del tipo de éste; para el tipo de encapsulado axial, el que se observa en las fotografías, dichos valores van rotulados con un código de franjas de colores.Estos valores se indican con un conjunto de rayas de colores sobre el cuerpo del elemento. Son tres, cuatro o cinco rayas; dejando la raya de tolerancia (normalmente plateada o dorada) a la derecha, se leen de izquierda a derecha. La última raya indica la tolerancia (precisión). De las restantes, la última es el multiplicador y las otras indican las cifras significativas del valor de la resistencia.El valor de la resistencia eléctrica se obtiene leyendo las cifras como un número de una, dos o tres cifras; se multiplica por el multiplicador y se obtiene el resultado en Ohmios (Ω). El coeficiente de temperatura únicamente se aplica en resistencias de alta precisión o tolerancia menor del 1%.

Color de la banda

Valor de la 1°cifra

significativa

Valor de la 2°cifra

significativaMultiplicador Tolerancia

Coeficiente de

temperatura

Negro 0 0 1 - -

Marrón 1 1 10 ±1% 100ppm/°C

Rojo 2 2 100 ±2% 50ppm/°C

Naranja 3 3 1 000 - 15ppm/°C

Amarillo 4 4 10 000 ±4% 25ppm/°C

Verde 5 5 100 000 ±0,5% 20ppm/°C

Azul 6 6 1 000 000 ±0,25% 10ppm/°C

Morado 7 7 10 000 000 ±0,1% 5ppm/°C

Gris 8 8 100 000 000 ±0.05% 1ppm/°C

Blanco 9 9 1 000 000 000 - -

Dorado - - 0,1 ±5% -

Plateado - - 0,01 ±10% -

Ninguno - - - ±20% -



4. Diseño la programación.Para lograr una correcta programación, es necesario conocer algunos datos que ya tenemos, asi que ingresaremos dichos datos al arduino, determinaremos cuantos pines vamos a utilizar, y empezaremos con la programación, es un poco complicado, ya que no solo jugaremos con las luces, si no que tendremos que incrementar el contador de tiempo.Lo primero que haremos es determinar los colores de semáforos e identificarlos con un pin del arduino.

Ahora declararemos las variables, es decir que pines son de salida (OUTPUT), donde nos dará 5 V, y 20 mA, para poder encender un led.

Ahora que declaramos nuestras variables comenzaremos con lo que es determinar los números del contador de forma descendente, a combinar las luces, es decir a automatizar todo el sistema de semaforización.El inconveniente es que no podemos incluirlo en este informe ya que la programación final, son algo de 45 páginas. Anexamos al informe, el archivo, con la programación completa del arduino.



5. Diseño del circuito electrónico.



6. Simulación, montaje y verificación del funcionamiento en una placa de pruebas.La simulación se realizó en la plataforma de PROTEUS, funciono de manera correcta sin errores, la velocidad de simulación con la que viene programado dicho programa, no es a adecuada, ya que ha sido diseñado para notar los efectos de la electricidad.Se pasó a armarlo en la placa de pruebas (PROTOBOARD), como podemos observar en la siguiente figura, funciono correctamente, anexamos al informe un video con el ciclo completo del semáforo.

E. Conclusiones: Una vez echo todo el análisis, podemos decir que ya tenemos la base para poder construir

cualquier semáforo donde sea, en el lugar que se necesite, con una muy buena calidad, con focos led´s, bajo consumo, con indicadores de tiempo.

Podemos modificar los tiempos sin ningún problema, todo es cuestión de programación, de eso se trata de saber cómo cambiar y mejorar o descubrir nuevas cosas, la electricidad, unida a la electrónica y software, que pueden manejar, son una gran potencia que pueden mover grandes cosas.

F. INTEGRANTES: Eleazar E. Torres Varas. Jorge L. Urquiza Boñon. Yeison S. Vergara Chávez. Víctor H. Chuyo Gómez. Tony H. Rodríguez Ullilen.

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