2009

Reaño Ortega Gerardo - Valdivieso Castillo

Claudia - Zarate Florián Carlos

Infomafia

06/09/2009

Circuito Controlador de Ascensor

Introducción:

La lógica digital es un área de la matemática aplicada a la electrónica. Esta es

la base de los sistemas digitales, gracias a esta base es que hemos logrado

desarrollar un circuito que actúa según las situaciones posibles de nuestro

problema, el cual consiste en el control automático de todas las funciones de

un ascensor.

Además con la utilización de componentes electrónicos como diodos,

transistores y relés es posible implementar un circuido completo capaz de

controlar un ascensor en miniatura.

En el presente informe veremos detalladamente la forma desde, el punto de

vista de la lógica digital, el desarrollo de un circuito y mecanismo basado en

estados lógicos, que determina el funcionamiento de un elevador basado en

las diferentes situaciones posibles, como por ejemplo cuándo un ascensor

tendría que elevarse y cuándo descender, dependiendo de la ubicación del

posible ocupante que en este caso podría estar en el 1ro, 2do o 3er piso

pero no en dos pisos a la vez.

Además desarrollamos un circuito para el funcionamiento de las puertas del

ascensor que actúa dependiendo si una persona aun no ha subido al

ascensor.

En general este proyecto tiene como objetivo experimentar y demostrar la

aplicación de los sistemas digitales de forma práctica y cotidiana como lo es

un ascensor.

Las adaptaciones de los sistemas digitales en la actualidad divergen en

distintas ramas y se extiende con gran magnitud, este es solo un ejemplo de

cómo es que la electrónica digital es cada vez más necesaria para

automatizar cada aspecto de la vida.

LOS AUTORES.

Diagrama de Bloque del Sistema

1. Pulsadores de Piso:

• P3 –Piso 3

• P2 – Piso 2

• P1 – Piso 1

2. CSE – Circuito Selector de entrada.

3. CCPi – Circuito Controlador de Piso.

4. Display

5. CCSB – Circuito Controlador de Subida y Bajada.

6. CCM – Circuito Controlador de Motor.

7. CCPu – Circuito Controlador de Puerta.

1

2

3

4

5

6

7

CCPi

CCSB CCPu CSE

CCM

P3

P2

P1

X3

X2

X1

A

B

C D E

Subir Bajar

Puerta

Display

Costos y Materiales

Componentes Descripción Cantidad Precio x

Unidad

Precio

Total

Acido Férrico 50 ml 10 1 10

Bornes dobles 9 0.5 4.5

Bornes triples 8 0.8 6.4

Cable UTP 8 líneas 3 1 3

CI TTL 74LS74 2 1 2

CI TTL 74LS04 5 1 5

CI TTL 74LS08 9 1 9

CI TTL 74LS32 3 1 3

CI TTL 74LS86 4 1 4

CI TTL 74LS47 1 1 1

Diodo NP 1N4148 14 0.1 1.4

Display Ánodo Común

3 2 6

Fuente 5 voltios 1 10 10

Hilo de Estaño 6 0.8 4.8

Molex dobles 6 0.6 3.6

Motor CC 5 voltios 1 8 8

Pasta para soldar 1 4 4

PCB 10 x 10 cm 10 1 10

Plumón Indeleble OHP-CD 421-F 4 2.5 10

Pulsadores NA 4 0.5 2

Relé doble 5 voltios 1 2.5 2.5

Relé simple 5 voltios 6 2.5 15

Resistores 330Ω 8 0.1 0.8

Resistores 10 kΩ 1 0.1 0.1

Resistores 68Ω 6 0.1 0.6

Sensor de Contacto 3 2.5 7.5

Sockets 14 pines 24 0.4 9.6

Transistor (NPN) 2N2222 8 0.5 4

TOTAL 147.8

Conocimientos Previos

Pulsadores:

En el siguiente esquema se aprecia claramente cuál es

el funcionamiento d

constan de un “botón” (que es la parte roja de la

imagen) el cual al ser pulsado para dentro cierra el

interruptor interno del

Sensor de Contacto:

Es uno de los dispositivos más simples ya que son

interruptores que se activan si están en contacto.

En cuanto a su funcionamiento, también es muy sencillo: en

estado de reposo la patilla común (C) y la de reposo (R) están

en contacto permanente hasta que la presión aplicada a la

palanca hace saltar la pequeña pletina acerada interior y

entonces el contacto pasa de la posición de reposo a la de activo (A)

Relé:

Dispositivo electromecánico consta de una bobina envuelta en

un núcleo, al pasar una pequeña corriente por la bobina esta se

imanta y atrae al contacto.

Hay que aclarar que estos dispositivos no tienen polaridad.

Transistor:

Dispositivo semiconductor que permite el control y la

regulación de una corriente grande mediante

pequeña. Consta de tres pines: Emisor, Base y Colector.

Display:

Los dispositivos prácticos de Display de siete segmentos deben disponer

como mínimo de ocho terminales de conexión exterior; siete de ellos

proporcionan acceso a los segmentos

octavo proporciona una conexión común a todos los segmentos.

Conocimientos Previos

En el siguiente esquema se aprecia claramente cuál es

de este tipo de sensores que

constan de un “botón” (que es la parte roja de la

imagen) el cual al ser pulsado para dentro cierra el

interruptor interno del sensor.

no de los dispositivos más simples ya que son

interruptores que se activan si están en contacto.

En cuanto a su funcionamiento, también es muy sencillo: en

reposo la patilla común (C) y la de reposo (R) están

permanente hasta que la presión aplicada a la

palanca hace saltar la pequeña pletina acerada interior y

entonces el contacto pasa de la posición de reposo a la de activo (A).

Dispositivo electromecánico consta de una bobina envuelta en

l pasar una pequeña corriente por la bobina esta se

imanta y atrae al contacto.

Hay que aclarar que estos dispositivos no tienen polaridad.

Dispositivo semiconductor que permite el control y la

regulación de una corriente grande mediante una señal muy

Consta de tres pines: Emisor, Base y Colector.

Los dispositivos prácticos de Display de siete segmentos deben disponer

como mínimo de ocho terminales de conexión exterior; siete de ellos

proporcionan acceso a los segmentos fotoeléctricos individuales, y el

octavo proporciona una conexión común a todos los segmentos.

Los dispositivos prácticos de Display de siete segmentos deben disponer

como mínimo de ocho terminales de conexión exterior; siete de ellos

fotoeléctricos individuales, y el

Diodo:

Dependiendo de cómo polaricemos el Diodo, se

comportará como interruptor cerrado (conductor) o

interruptor abierto (aislante).

La franja alrededor del diodo indica que ese es el Cátodo (-).

Circuitos Integrados:

CI 74LS04 (NOT) CI 74LS86 (XOR)

Y= Y=

CI 74LS08 (AND) CI 74LS74 (Flip –Flop D)

Y=A · B

CI 74LS32 (OR) CI 74LS47 (BCD/7 segmentos)

Y=A + B

Descripción del Circuito

La idea es construir un circuito electrónico utilizando compuertas lógicas y otros componentes

adicionales, para el control automático de todas las funciones de un ascensor. Para tener un

modelo solo se trabajó en base a 3 pisos, esto nos dará una idea clara de cómo funciona el

circuito, pudiendo así extenderlo a mas pisos si se desea, pero el hecho de trabajar solo con 3

pisos también implica tener en cuenta mucha variables como por ejemplo: Si el ascensor esta en

1º piso y la persona en el 3º, este debe de subir dos pisos y abrir la puerta, o si el ascensor esta en

el 2º piso y la persona también , la puerta debe de abrirse inmediatamente. Si consideramos todas

las posibles situaciones, tendremos 9 casos en total.

Como el circuito estará construido a base de compuertas lógicas es necesario convertir cada uno

de los casos a unos y ceros, como se muestra el cuadro.

ENTRADAS

Activos Ubicación

A B C D E SALIDAS

Puerta Subir Bajar

1º Piso

1 0 1 0 0 1 0 0

1 0 0 1 0 0 0 1

1 0 0 0 1 0 0 1

2º Piso

1 1 1 0 0 0 1 0

1 1 0 1 0 1 0 0

1 1 0 0 1 0 0 1

3º Piso

0 1 1 0 0 0 1 0

0 1 0 1 0 0 1 0

0 1 0 0 1 1 0 0

Entradas:

Activos:

Para las entradas A y B se le asigno un código de identificación como se

aprecia en el cuadro. Más adelante se explicará cómo es que con ayuda de

un flip-flop D y componentes adicionales logramos estas entradas al

circuito que controlará toda las funciones del ascensor

Ubicación:

Las variables C, D y E, representaran respectivamente la posición en la que

se encuentra ubicado el ascensor es decir :

o C – indicará que el ascensor se encuentra en el primer piso.

o D – indicará que el ascensor se encuentra en el segundo piso.

o E – indicará que el ascensor se encuentra en el tercer piso.

En el cuadro se muestra, por ejemplo , la secuencia :

C D E

1 0 0

o Esto indica que el ascensor se encuentra ubicado en el 1º piso, se

aprecia que se representa con un 1 la presencia del ascensor y con 0

si es en caso contrario.

o De esta manera se puede definir el cuadro, ya que nunca se dará el

caso de que el ascensor se encuentre en dos pisos a la vez.

Más adelante se explicara detalladamente cómo se logra estas entradas al

circuito controlador.

Salidas:

Puerta:

La salida del circuito puerta solo será 1 cuando el ascensor se encuentre

en el mismo piso en el que fue presionado el pulsador de llamada, en

cualquier otro caso la salida será 0.

Subir:

Las salidas del circuito de subida (subir) solo será 1 cuando el ascensor se

encuentre en alguna posición inferior al piso donde se efectuó la llamada.

Bajar:

Las salidas del circuito de bajada (bajar) solo será 1 cuando el ascensor se

encuentre en alguna posición superior al piso donde se efectuó la llamada.

Funcionamiento

Guiándonos del diagrama de bloques, el circuito será explicado detalladamente

parte por parte.

Parte Nº 1

P3

P2

P1

X1

X3

X2

Reset

Relé 3

Relé 2

Relé 1

P1, P2 y P3 son pulsadores normalmente abiertos, un pin está conectado a una fuente de 5

voltios, y el otro pin está conectado a la entrada CLK del Flip-Flop D correspondiente, el

tipo de Flip-Flop que se utilizó se activa por flanco de subida ( ), para asegurarnos que la

entrada del CLK se encuentre en nivel bajo se colocó una resistencia de 68 Ω y se conecto a

tierra, y la entrada D del Flip-Flop fue conectado directamente a 5 voltios, de esta forma se

logro que cuando el pulsador sea presionado la entrada D pase a la salida Q, como el FF

posee memoria la salida se mantendrá en 1 lógico, así ya se halla dejado de presionar el

pulsador. Esta salida activara los relés adyacentes, para que solo pase una entrada a la vez.

Por ejemplo :

o Si se presiona el pulsador P2, los relés 1 y 3 quedan activados, porque la corriente

que pasa por el relé2 hacia la salida X2, también llegará a saturar la base del

transistor, al saturarse la base este cerrar el circuito y las bobinas de los relés 1 y 3

se energizaran.

De esta forma se logra que solo una de las salidas X3, X2 y X1 tenga un 1 lógico el cual

ingresara al circuito selector de entrada.

Parte Nº2 (Circuito Selector de entrada)

Este circuito combinacional denominado “Circuito selector de entrada” lo que hará es

darnos como salidas A y B el código de identificación asignado como parte de la entrada al

“Circuito Controlador de Subida y Bajada”.

X3

X2 X1

A

B

Parte Nº3 (Circuito Controlador de Piso)

Este circuito denominado “Circuito Controlador de Piso”, su estructuración es muy

parecida a la Parte Nº1 explicada anteriormente.

C, D y E (input) son entradas de los sensores de contacto que están colocados

estratégicamente en el diseño estructural del prototipo del ascensor.

Lo que se consigue con esta configuración de transistores, diodos y relés es que solo se

envié una señal a la vez.

C, D y E (output) son las salidas que serán entradas en el “Circuito Controlador de Subida y

Bajada”, y también serán entradas al circuito combinacional que mostrará en un Display en

que piso se encuentra ubicado el ascensor.

C D E

C D E Input

Output

Parte Nº4 (Display)

Para la visualización del piso en el que se encuentra ubicado el ascensor se construyo el

siguiente cuadro:

Salidas

Entradas BCD

C D E 8 4 2 1

1 0 0 0 0 0 1

0 1 0 0 0 1 0

0 0 1 0 0 1 1

Las entradas C, D y E son todas las posibles combinaciones que nos puede dar el “Circuito

controlador de Piso” (Parte Nº3), estas entradas serán convertidas al código BCD.

Una vez obtenido el código BCD, se utilizo el CI 74LS47 que es un decodificador

BDC/7segmentos, para así poder visualizar la posición del ascensor en un Display (Ver

figura).

Parte Nº5 (Circuito Controlador de Subida y Bajada)

Este circuito tiene como entradas las salidas del “Circuito Selector de Entrada” (A y B) y del

“Circuito Controlador de Piso” (C, D y E), de acuerdo a las entradas que tenga este circuito

combinacional las salidas: Subir y Bajar se activaran. (Ver figura)

Este circuito combinacional solo permite que las salidas (subir y bajar) se activen una a la

vez.

Estas salidas serán entradas al “Circuito Controlador de Motor”.

Parte Nº6 (Circuito Controlador de Motor)

Para el diseño de este circuito se utilizó un relé doble el cual nos ayudara en el cambio de

la polaridad del motor de corriente continua.

La fuente 1 (F1) está conectada al emisor del transistor 1, y a la base está conectada a la

entrada “Bajar”, entonces cuando el “Circuito Controlador de Subida y Bajada” tenga como

salidas: Bajar = 1 y Subir = 0 lógico, saturará la base del transistor 1 lo que permitirá cerrar el

circuito y hacer que el motor gire en sentido horario, como se puede apreciar el relé no se

activa ya que la configuración Relé-Transistor 2 es un circuito abierto. Ahora si la salida del

“Circuito Controlador de Subida y Bajada” tendría un 1 lógico en Subir, este saturaría la

base del transistor 2 y también saturaría la base del transistor 1, el resultado de esto sería

que el relé se energice y cambie la polaridad del motor, consiguiendo que el motor gire en

sentido antihorario.

Relé

F1

F2

1

2

Parte Nº7 (Circuito Controlador de Puerta)

Circuito combinacional, que solo tendrá un 1 lógico en su salida cuando las entradas A, B,

C, D y E indiquen que el ascensor se encuentra en el mismo piso que fue presionado el

pulsador. (ver figura)

Recomendaciones

Se recomienda que al montar el circuito controlador del ascensor, cada parte sea

alimentada con una fuente general de 5 voltios.

Se recomienda manejar un sistema de engranajes para facilitar el movimiento del

ascensor, este sistema nos permitirá que al quitarle la fuente de alimentación al

circuito que controla el motor de subida y bajada, el frenado sea instantáneo.

En caso que la velocidad del motor sea excesiva y no se ajuste a la situación se

recomienda usar un potenciómetro para regularla.

Antes de montar los circuitos en el PCB es recomendable probar todos los circuitos

combinacionales en protoboar.

Es necesario el uso de sockets para cada uno de los circuitos integrados, ya que las

altas temperaturas del soldador pueden dañar el componente.

Se recomienda usar un regulador de voltaje 7805 para tener una fuente de 5

voltios continuos.

Conclusiones

Con el presente proyecto se ha podido demostrar que con conocimientos básicos en

sistemas digitales y electrónica digital, hemos desarrollado un circuito completo que

cumple con todas las funciones de un ascensor básico a pequeña escala (miniatura).

También se ha comprobado que es posible convertir diferentes situaciones o posibilidades

que se pueden dar en el uso de un ascensor, a un sistema binario (1 y 0), y adaptarlo a un

sistema digital.

Podemos concluir que cualquier tipo de problema se puede modelar de una forma lógica.