UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLÓGICA DE LIMA SUR

UNTELS

INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

TRABAJO FINAL DE FÍSICA II

CONTROL INALÁMBRICO DE UNA

CERRADURA POR BLUETOOTH

Integrantes:

CRUZ PEÑA, Berli Guillermo.

ALTAMIRANO ORDOÑEZ, Cristhian.

REA ZAPATA, Carlos.

HUAMANI BALTASAR, José Luis.

SORAS CHAMBI, Bryan.

Docente:

SAN BARTOLOMÉ MONTERO, Jaime H.

Lima – Perú

Julio del 2014_Villa el salvador

1. OBJETIVOS.

Diseñar un proyecto electrónico en donde se apliquen los conocimientos

desarrollados en el curso (física II).

Fundamentar el principio de funcionamiento de los elementos utilizados

en el proyecto.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO.

2.1 MAGNÉTISMO.

Todos utilizamos fuerzas magnéticas. Están en el corazón de los motores

eléctricos, en los televisores, hornos de microondas, altavoces (bocinas),

impresoras y unidades lectoras de discos. Los aspectos más familiares del

magnetismo son aquellos asociados con los imanes permanentes, que

atraen objetos de fierro que no son magnéticos, y que atraen o repelen

otros imanes. Ejemplo de esta interacción es la aguja de una brújula que se

alinea con el magnetismo terrestre. No obstante, la naturaleza fundamental

del magnetismo es la interacción de las cargas eléctricas en movimiento. A

diferencia de las fuerzas eléctricas, que actúan sobre las cargas eléctricas

estén en movimiento o no, las fuerzas magnéticas sólo actúan sobre

cargas que se mueven.

a) CAMPO MAGNETICO

El campo magnético es una región del espacio en la cual una carga

eléctrica puntual de valor q que se desplaza a una velocidad v⃗, sufre los

efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la

velocidad como al campo, llamada inducción magnética o densidad de

flujo magnético.

F⃗=q v⃗× B⃗

El campo magnético generado por una corriente rectilínea infinita a una

distancia r es:

B=μ0 I

2πr

El campo magnético dentro de un solenoide muy largo es dado por:

B=μ0∋¿

Donde n=N /L es el número de espiras por unidad de longitud de la

bobina.

Campo magnético terrestre

Si utilizamos un imán y una aguja magnética como el representado en la

figura siguiente, el campo magnético tangencial terrestre es dado por:

B=[ 2π

T (d2− L2

4 ) ]√2μ0

4 πId tanφ

Donde, T es el periodo de oscilación del imán debido al campo

magnético terrestre, I es el momento de inercia del imán.

b) FLUJO MAGNÉTICO:

Se denomina flujo al producto escalar del vector campo por el vector superficie

Si el campo no es constante o la superficie no es plana, se calcula el flujo a través de cada elemento dS de superficie, B·dS

El flujo a través de la superficie S, es

c) INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA. LEY DE FARADAY

La inducción electromagnética fue descubierta casi simultáneamente y

de forma independiente por Michael Faraday y Joseph Henry en 1830.

La inducción electromagnética es el principio sobre el que se basa el

funcionamiento del generador eléctrico, el transformador y muchos otros

dispositivos.

Supongamos que se coloca un conductor eléctrico en forma de circuito

en una región en la que hay un campo magnético. Si el flujo F a través

del circuito varía con el tiempo, se puede observar una corriente en el

circuito (mientras el flujo está variando). Midiendo la fem inducida se

encuentra que depende de la rapidez de variación del flujo del campo

magnético con el tiempo.

El significado del signo menos, es decir, el sentido de la corriente

inducida (ley de Lenz) se muestra en la figura mediante una flecha de

color azul..

2.2 LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICA.

En las redes inalámbricas las señales se transmiten a través de las ondas

electromagnéticas, siendo el aire el medio de propagación de las mismas, a

diferencia de las comunicaciones cableadas donde las ondas viajan a través de

un cable como pueden ser el par trenzado, el cable coaxil o la fibra óptica,

entre otros. Los cables confinan las señales dentro de sí, a diferencia de las

ondas emanadas de una tarjeta inalámbrica, que sufren efectos físicos como

reflexión, refracción, absorción y otros fenómenos. Las ondas

electromagnéticas difieren de las mecánicas en que no necesitan de un medio

para propagarse. Las mismas se propagan incluso en el espacio vacío.

La velocidad de propagación, longitud de onda y frecuencia de las ondas

electromagnéticas están relacionadas por la siguiente expresión.

Velocidad (v) = Frecuencia (f) * Longitud de Onda (λ)

Donde:

λ (m/seg): longitud de onda es la distancia medida desde un punto en

una onda hasta la parte equivalente de la siguiente, por ejemplo desde la

cima de un pico hasta el siguiente.

f (Hz): frecuencia es el número de ondas enteras que pasan por un

punto fijo en un segundo Las ondas también tienen una propiedad

denominada amplitud, esta es la distancia desde el centro de la onda

asta el extremo de uno de sus picos.

A) EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO .

Se denomina Espectro Electromagnético al conjunto de ondas

electromagnéticas que abarcan un amplio rango de frecuencias desde la

luz visible, infrarroja, ultravioleta, rayos X, rayos gama, Radiofrecuencia

y Microondas.

El término Radiofrecuencia es utilizado para la porción del espectro

electromagnético en la cual las ondas pueden ser transmitidas aplicando

corriente alterna a una antena. Esto abarca el rango de 3 Hz a 300 GHz,

pero normalmente el término se reserva para las frecuencias inferiores a

1 GHz.

Entre la radiofrecuencia y el infrarrojo encontramos la región de las

Microondas, con frecuencias de 1 GHz a 300 GHz, y longitudes de onda

de 30 cm a 1 mm. La banda de frecuencia de 2,40 GHz esta dentro de

las bandas que se mantienen abiertas para el uso general, o sea sin

requerir licencia. Esta región es llamada banda ISM (ISM Band:

Industrial, Scientific and Medical Band).

Las bandas ISM son de uso libre, pero las otras regiones del espectro

electromagnético están altamente controladas por la legislación, mediante

licencias. El pago de las licencias para el uso de un determinado rango de

frecuencias es un factor económico muy significativo al momento de elegir

las bandas de frecuencia de operación. Esto se da mucho en el caso de

aquellas partes del espectro que son muy útiles para la difusión masiva

(ejemplo: Radio, TV, Datos, etc.).

3. MATERIALES UTILIZADOS.

a) EL RELE:

Un relé es un interruptor accionado por un electroimán. Un electroimán está

formado por una barra de hierro, llamada núcleo, rodeada por una bobina de

hilo de cobre. Al pasar una corriente eléctrica por la bobina el núcleo de hierro

se magnetiza por efecto del campo magnético producido por la bobina,

convirtiéndose en un imán tanto más potente cuanto mayor sea la intensidad

de la corriente y el número de vueltas de la bobina. Al abrir de nuevo el

interruptor y dejar de pasar corriente por la bobina, desaparece el campo

magnético y el núcleo deja de ser un imán.

Relé de 5V, con salidas para 220v AC. A 10A; Y 30v en DC. A 5A.

b) SOLENOIDE:

Un solenoide es definido como una bobina de forma cilíndrica que cuenta con un

hilo de material conductor enrollada sobre si a fin de que, con el paso de la

corriente eléctrica, se genere un intenso campo eléctrico. Cuando este campo

magnético aparece comienza a operar como un imán.

La función principal de un solenoide es activar una válvula que lleva su mismo

nombre, la válvula solenoide. Esta válvula opera de acuerdo a los pulsos

eléctricos de su apertura y de su cierre

Actuador solenoide de 5V en DC.

c) RESISTENCIAS:Es un dispositivo electrónico cuya principal característica es la oposición al

paso de la corriente, este componente electrónico se utiliza para limitar una

corriente deseada, el exceso es disipado en calor (efecto Joule), cuyo valor

de resistencia esta especificado en el dispositivo mediante código de colores.

Para nuestro proyecto se usaron resistencias de 220 ohmios y 10 K ohmios

d) TRANSISTOR:

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para

producir una señal de salida en respuesta a otra señal de entrada. Cumple

funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador.

Transistor bipolar BC547, de la tecnología TTL

e) DIODO LED:

Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la

circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Este

término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más

común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor

conectada a dos terminales eléctricos.

Existe diversos tipos de diodos, entre ellos tenemos los diodos leds, que son

aquellos componentes electrónico que emiten luz, si son polarizador de la

manera adecuada

Diodo 1N4007, corriente máxima 7 A.

f) MICROCONTROLADOR:

Es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas

en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales

cumplen una tarea específica. Un microcontrolador incluye en su interior las

tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de

procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida.

Existen diversos fabricantes de microcontroladores, entre los más

destacados tenemos los de Microchip Technology (quienes fabrican los

microcontroladores comúnmente denominados PIC). Y los de Atmel

(comúnmente denominados AVR).

Microcontrolador ATMEGA8, al lado izquierdo tenemos la arquitectura interna.

g) MODULO BLUETOOTH:

Es un módulo electrónico, utilizado para interactuar con dispositivos a

distancia en forma inalámbrica, estos módulos esta son una placa electrónica

compuestos por diversos componentes electrónicos.

Modulo bluetooth HC05 esclavo.

h) TECNOLOGIA ANDROID:

Es un sistema operativo basado en el kernel de Linux diseñado

principalmente para dispositivos móviles con pantalla táctil, como teléfonos

inteligentes o tabletas, y también para relojes inteligentes, televisores y

automóviles.

El éxito del sistema operativo se deben al sin fin de aplicaciones que se

puede desarrollar en su entorno.

Para nuestro caso, se desarrolló una aplicación en APP_INVENTOR de

Massachusetts Institute of Technology, que se puede encontrar fácilmente en

su página web.

Aplicación desarrollada para Teléfonos con sistema operativo androit.

4. DESCRIPCION DEL PROYECTO.

El proyecto está compuesto por dos etapas principalmente:

a) SOFTWARE _ APLICACIÓN.

Para esta parte del proyecto diseñamos una aplicación para celulares con

sistema operativo Android, el cual debe ser instalado para luego ser

ejecutado, en donde se visualizarán cuatro botones virtuales tal como se

muestra en la siguiente figura:

Donde:

Conectar: conectar al módulo bluetooth de la placa electrónica.

Salir: Cerrar la aplicación.

Abrir: Abrir la puerta.

Cerrar: Cerrar la puerta.

Una vez ejecutado la aplicación el usuario lo que debe hacer es darle un

toque al botón conectar, esperar que este se ponga de un color más claro.

Y después de realizar esto darle un toque al botón abrir, si quiere abril la

puerta de su casa.

Pare el caso que quiera cerrar se serrara al darle un toque en el botón

cerrar.

b) HARDWARE_ PARTE ELECTRÓNICA Y MECÁNICA.

Está compuesto por toda la parte visible y palpable del sistema, y primera

instancia tenemos la parte electrónica, compuesto por el modulo bluetooth

(encargado de realizar la conexión con el bluetooth del celular).

Por otra parte tenemos al microcontrolador ATMEGA8 que es el

encargado de gestionar las órdenes que se les da mediante el celular.

El microcontrolador manda las ordenes a un pequeño sistema de

condicionamiento de señal compuesta por el transistor y un par de

resistencias, los cuales se encargan de hacer llegar dicha ordenes al

actuador compuesto por el relé.

El relé, se comporta como un interruptor el cual cierra o abre el circuito

que alimenta a solenoide que el elemento que realiza la parte mecánica.

(Abre o cierra el seguro de la puerta)

5. CONCLUSIONES.

Los efectos del campo magnético son muy utilizados en la actualidad

para interactuar con sistemas electro_ magnéticos, como los relés y los

solenoides.

Los sistemas de redes inalámbricos como el bluetooth y Wifi, utilizan

ondas electromagnéticas para el enviar y decepcionar de datos, en

dicha ondas electromagnéticas existe una relación entre el campo

magnético (B) y el campo eléctrico (E).

La tecnología Bluetooth usa señales de radio frecuencia, lo que indica

que las ondas electromagnéticas se propagan cubriendo un área

radial.

6. RECOMENDACIONES.

Cuando se y trabaje con señales electrónicas asociadas a campos

magnéticos, se recomienda aislar este tipo de señales, mediante unos

dispositivos denominados opto acopladores, ya que el campo

magnético perturba a la a cualquier señal digital.

Al momento de trabajar con microcontrolador o cualquier integrado se

recomienda verificar siempre la alimentación de sus pines, ya que si

son conectamos de una forma errónea este se nos puede malograr.

7. BIBLIOGRAFIA.

Física para ciencias e ingeniería,Serway-septima-edicion-volumen 2

www.arduino.cc/es

www.ucontrol.com.ar

Física Recreativa, S. Gil y E. Rodriguez, www.fisicarecreativa.com.