UNIVERSIDAD TECNOLGICA DEL SURESTE DE VERACRUZ

Sistema de Ahorro de Energa

TESIS PROFESIONALPara obtener el ttulo deTcnico Superior Universitario en Mecatrnica rea AutomatizacinINGENIERO EN MECATRONICA

PRESENTAN:DIEGO SNCHEZ, RUBN ALANJMENEZ VALENCIA, VCTORJOS MESTIZO, JORGE ENRIQUE

DIRECTOR DE TESISM.C. Alfonso Garca Sosa.

Cd. Nanchital de Lzaro Crdenas del Rio, Ver., Marzo de 2015

INTRODUCCIN.4CAPITULO 1 GENERALIDADES61.1.Planteamiento del problema.61.2.Justificacin del proyecto.61.3.Objetivo general.71.4.Objetivos especficos.71.5.Ahorro de energa.71.5.1.Ahorro de energa domstico.71.5.2.Calefaccin y agua caliente71.5.2.1. Hbitos de la calefaccin81.5.2.2. Hbitos del agua caliente81.5.3.Electrodomsticos81.5.3.1.Hbitos con los electrodomsticos91.5.4.Iluminacin91.5.4.1.Hbitos con la iluminacin91.6.Desperdicio de energa elctrica.91.6.1.Lmparas.101.6.1.1.Tipos de Lmparas.101.7.Sensores.111.7.1.Caractersticas de un sensor.111.7.2.Tipos de Sensores.121.7.2.3.Diodo led Infrarrojo.161.7.2.3.1.Funcionamiento fsico.161.7.2.4.Fototransistor.161.7.2.5.Fotorresistencia.171.7.2.5.1.Caractersticas.181.8.Display.181.8.1.Visualizador de segmentos.191.8.2.Visualizador de matriz.191.8.3.Matriz grfica.191.8.4.Visualizador electromecnico.191.8.5.Visualizador de proyeccin.201.9.Controlador Lgico Programable (PLC).201.9.1.Funciones.211.9.2.Ventajas.211.9.4.Arquitectura.221.10.Flip-Flop.251.10.1. Asncronos.251.10.2.Sncronos.251.10.3.Aplicaciones.251.10.4.Secuenciacin y meta-estabilidad.261.11.GALs.271.9.5.Funcionamiento.271.10.Microcontrolador.281.10.1.Microcontrolador PIC.281.10.2.Partes de un Microcontrolador.291.10.2.1.Procesador:291.10.2.2.Memorias de programa301.10.2.3.Memoria de datos301.10.2.4.Lneas de E/S311.10.2.5.Recursos auxiliares311.10.2.6.Programacin de Microcontroladores311.10.2.6.1.Programacin.321.10.3.Caractersticas.351.10.3.1.Caractersticas del PIC 18F455035CAPITULO 2 DISEO YDESARROLLO362.1.Prueba y Error37CAPITULO 3 RESULTADOS503.1.Etapa de potencia513.2.Contador52Anexo 1.52

INTRODUCCIN.

En el presente trabajo se describe el proyecto titulado sistema de ahorro de energa, con este controlaremos el encendido y apagado de las luces de un saln de clases por medio de un circuito sumador-restador que se encargar de encender las luces slo cuando haya personas en el cuarto y cuando no haya nadie en el mismo las luces se apagarn automticamente. El contenido del trabajo se encuentra organizado en captulos, los mismos se describen en el siguiente apartado.

El Captulo I se denomina Generalidades, en el que se describen las principales razones por las que el proyecto fue seleccionado para su realizacin, ventajas y desventajas en su implementacin, as como la solucin que el proyecto realizar, en el mismo captulo se explican todas las temticas y definiciones usadas a lo largo del trabajo, ayudando al lector a comprender la razn de la implementacin de ciertos artefactos o tcnicas usadas en su elaboracin.

El Captulo II se llama Diseo y Desarrollo, es aqu donde se describe paso a paso la elaboracin del proyecto fsico, las imgenes de su evolucin hasta el resultado final, logrando llevar al lector en el proceso de elaboracin y la solucin de las problemticas encontradas.

Finalmente, el Captulo III es denominado Resultados, aqu se encuentran enlistados los resultados obtenidos, acomodados en prcticas graficas que ayudan a estudiar de forma detenida la eficacia del proyecto.

CAPITULO 1 GENERALIDADES

1.1. Planteamiento del problema.

Muchas veces cuando estamos ocupando la luz dentro de un saln de clases al salir todos de dicho saln, es normal que se nos olvide apagar las luces y estas por lo general se mantienen as por un largo periodo de tiempo hasta que alguien ms lo nota y las apaga, es por eso que para acabar con este problema hemos decidido implementar este proyecto en nuestra escuela para ahorrar energa elctrica.

1.2. Justificacin del proyecto.

Este prototipo ahorrador de energa, tiene un gran impacto social y econmico, ya que lo que busca es fomentar el ahorro de energa; lo que ayuda a crear conciencia en la sociedad as como reducir gastos por desperdiciar la luz. Este proyecto beneficia al pblico en general, ya que no existen impedimentos para poder adquirirlo aunque los costos quizs no sean completamente accesibles debido a que adems de adquirir el proyecto este debe instalarse en el lugar donde se va a ocupar.

1.3. Objetivo general.

Diseo, desarrollo e implementacin de un sistema de ahorro de energa elctrica de alta eficiencia.

1.4. Objetivos especficos.

Recabar informacin suficiente para planear el desarrollo del proyecto. Diseo y pruebas del proyecto. Implementacin del proyecto.

1.5. Ahorro de energa.

La eficiencia energtica es una prctica empleada durante el consumo de energa que tiene como objeto procurar bajar el uso de energa. Los individuos y las organizaciones que son consumidores directos de la energa pueden desear ahorrar energa para reducir costes energticos y promover sostenibilidad econmica, poltica y ambiental. Los usuarios industriales y comerciales pueden desear aumentar eficacia y maximizar as su beneficio. Entre las preocupaciones actuales est el ahorro de energa y el efecto medioambiental de la generacin de energa elctrica. Tambin se denomina ahorro de energa.

1.5.1. Ahorro de energa domstico.

La operacin diaria habitual que se hace en la vivienda puede conllevar a un ahorro considerable de energa si se cambian las actitudes y se es consciente del consumo real y del necesitado. En la mayora de los casos basta con la eleccin de un electrodomstico de bajo consumo, o de una racionalizacin del consumo de la calefaccin, a continuacin se presentan los artefactos que tienen ms consumo elctrico en las casas.

1.5.2. Calefaccin y agua caliente

La calefaccin puede ser objeto de ahorro de energa principalmente con hbitos de consumo tales como un uso racional del mismo, el consumo total de una vivienda suele ser del 46% del total del consumo (pudiendo alcanzar el 60% si se incluye el agua caliente). El ahorro de energa puede producirse bien por la correcta eleccin de una caldera eficiente, o por el correcto aislamiento trmico de las habitaciones.

Respecto del agua caliente puede emplearse tambin como ayuda la energa solar trmica, mediante uso de sistemas de almacenamiento de energa que retengan el calor para que el agua caliente est disponible la mayor parte de tiempo posible. 1.5.2.1. Hbitos de la calefaccin

Se debe tener presente que una temperatura para un hogar est entre los 19 y los 21 centgrados por el da, y 15 a 17 por la noche, cada grado aumenta el consumo en un 7%. Con estas consideraciones se aconseja:

Adecuar el vestido en el domicilio con las condiciones de temperatura, se pueden emplear edredones, mantas y prendas similares.

No tapar u obstruir los radiadores ya que su funcin es la de emitir calor, y esta se ve entorpecida con la colocacin de muebles.

Vigilar el aislamiento de las habitaciones, impidiendo fugas de calor o entradas de aire fro procedente de ventanas abiertas.

1.5.2.2. Hbitos del agua caliente

El empleo del agua caliente se realiza en la vivienda bajo ciertas ocasiones muy especficas como puede ser la ducha, o el bao, limpiando los platos y la cubertera, etc. En todos ellos se aconseja: Emplear agua caliente slo cuando se necesite, al lavar no siempre se necesita.

1.5.3. Electrodomsticos

Los electrodomsticos tienen una gran parte en el ahorro de energa domstico, la mayora de ellos en Europa tienen un etiquetado especial denominado etiqueta energtica que viene a mencionar la eficiencia en el consumo y respetuoso con el medio ambiente, no todos los electrodomsticos poseen la etiqueta, solamente aquellos que consumen mucho o que pasan encendidos gran parte de su vida til y son: frigorficos y congeladores, lavadoras, lavavajillas, secadoras, fuentes de luz domsticas, horno elctrico y aire acondicionado.

La normativa europea expresa la eficiencia energtica de los electrodomsticos en una escala de 7 clases de eficiencia, y se identifican mediante un cdigo de color y letras que van desde el verde y la letra A, para los equipos con mayor eficiencia, hasta el color rojo y la letra G para los equipos de menor eficiencia. Un electrodomstico de clase A puede llegar a consumir un 55% menos que el mismo en una clase media, la eleccin de un electrodomstico con esta informacin puede suponer un ahorro econmico.

1.5.3.1. Hbitos con los electrodomsticos

Respecto a los hbitos, por regla general inciden sobre un uso racional y en un correcto mantenimiento de los mismos:

Refrigerador. Mantener bien cerrada la puerta en todo momento y preferir abrir el portaln una vez que innumerables veces.

Lavadora y lavavajillas. Planificar los lavados, de tal forma que cada lavado tenga su mxima carga. La lavadora consume casi igual a plena carga que a media.

1.5.4. Iluminacin

La iluminacin elctrica en las viviendas suele suponer entre el 18% y el 20 % del consumo domstico, en algunos casos basta con una actitud preventiva adquiriendo por ejemplo bombillas de bajo consumo, poniendo mltiples fuentes de luz de bajo consumo en lugar de uno, aumentando la superficie de las ventanas.

1.5.4.1. Hbitos con la iluminacinPara ahorrar basta con adquirir hbitos, como por ejemplo:

Apagar luces en estancias donde no se habite.

Emplear una fuente de luz eliminando las fuentes luminosas redundantes

Si se dispone de la opcin abrir ventanas y emplear la luz natural en lugar de la artificial1.6. Desperdicio de energa elctrica.

El desperdicio de energa a nadie le es indiferente, nos incluye a ciudadanos, medios de comunicacin, empresas y las ms importantes entidades, etc.

EI mal hbito de dejar los electrodomsticos conectados en los hogares, las mquinas de oficina prendidas, y los generadores actuando 24 horas los 360 das de la semana son importantes fuentes de desperdicio de energa elctrica.Mucha gente desconoce que buena parte del consumo de energa ocurre en forma de desperdicio, generalmente causado por el calentamiento de los cables de una mala instalacin elctrica o los equipos en stand by.

Los desperdicios ms importantes en los hogares son producidos por el mencionado stand-by de los aparatos de TV y video seguidos por los equipos de audio. En las oficinas los aparatos que registran el consumo de stand-by ms alto son los equipos de telecomunicacin, copiadoras, computadoras e impresoras.Este desperdicio produce gastos innecesarios para el bolsillo del consumidor y adems constituye una gran carga para el medio ambiente por la emisin de dixido de carbono, que es el principal responsable del efecto invernadero.

En conclusin el desperdicio de energa se debe al uso irracional de la misma, que es consecuencia de malos hbitos y acciones humanas, necesitamos prestar mucha atencin al correcto manejo de equipos elctricos evitando gastos innecesarios de energa.

1.6.1. Lmparas.

Las lmparas, lmpadas o luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexin a la red elctrica a los dispositivos generadores de luz (llamados a su vez lmparas, bombillas o focos). Como esto no basta para que cumplan eficientemente su funcin, es necesario que cumplan una serie de caractersticas pticas, mecnicas y elctricas entre otras.

A nivel de ptica, la luminaria es responsable del control y la distribucin de la luz emitida por la lmpara. Es importante, pues, que en el diseo de su sistema ptico se cuide la forma y distribucin de la luz, el rendimiento del conjunto lmpara-luminaria y el deslumbramiento que pueda provocar en los usuarios.

Otros requisitos que deben cumplir las luminarias es que sean de fcil instalacin y mantenimiento. Para ello, los materiales empleados en su construccin han de ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la temperatura de la lmpara dentro de los lmites de funcionamiento. Todo esto sin perder de vista aspectos no menos importantes como la economa o la esttica.1.6.1.1. Tipos de Lmparas.

Por su forma, se pueden distinguir: lmparas de pie, las que se apoyan en el suelo. lmparas de mesa, aquellas que se sitan sobre mesas. lmparas de techo, las que se cuelgan de lo alto.

Las lmparas actuales van conectadas a la red elctrica y constan de las siguientes partes: pie o bculo, y brazo, los elementos sustentantes; pantalla o tulipa, de material traslcido que difumina la luz y protege la vista de la iluminacin intensa; bombilla, que en nmero variable proporcionan la iluminacin.

1.7. Sensores.

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes fsicas o qumicas, llamadas variables de instrumentacin, y transformarlas en variables elctricas. Las variables de instrumentacin pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumnica, distancia, aceleracin, inclinacin, desplazamiento, presin, fuerza, torsin, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud elctrica puede ser una resistencia elctrica (cmo en una RTD), una capacidad elctrica (cmo en un sensor de humedad), una tensin elctrica (cmo en un termopar), una corriente elctrica (cmo en un fototransistor), etc.

Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor est siempre en contacto con la variable de instrumentacin con lo que puede decirse tambin que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la seal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Cmo por ejemplo, el termmetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la accin de la temperatura. Un sensor tambin puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energa en otra.

reas de aplicacin de los sensores: Industria automotriz, robtica, industria aeroespacial, medicina, industria de manufactura, etc.Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc.

1.7.1. Caractersticas de un sensor.

Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor. Precisin: es el error de medida mximo esperado. Offset o desviacin de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset. Linealidad o correlacin lineal. Sensibilidad de un sensor: suponiendo que es de entrada a salida y la variacin de la magnitud de entrada. Resolucin: mnima variacin de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida. Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cunto vare la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada. Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidacin, desgaste, etc.) del sensor. Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.

Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicacin directa (por ejemplo, un termmetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a travs de un convertidor analgico a digital, un computador y un display) de modo que los valores detectados puedan ser ledos por un humano.

Por lo general, la seal de salida de estos sensores no es apta para su lectura directa y a veces tampoco para su procesado, por lo que se usa un circuito de acondicionamiento, como por ejemplo un puente de Wheatstone, amplificadores y filtros electrnicos que adaptan la seal a los niveles apropiados para el resto de los circuitos.

1.7.2. Tipos de Sensores.

En la siguiente tabla se indican algunos tipos y ejemplos de sensores electrnicos.MagnitudTransductorCaracterstica

Posicin lineal o angularPotencimetroAnalgica

EncoderDigital

Sensor HallDigital

Desplazamiento y deformacinTransformador diferencial de variacin linealAnalgica

Galga extensiomtricaAnalgica

MagnetoestrictivosA/D

MagnetorresistivosAnalgica

LVDTAnalgica

Velocidad lineal y angularDinamo tacomtricaAnalgica

EncoderDigital

Detector inductivoDigital

Servo-inclinmetrosA/D

RVDTAnalgica

Girscopo

AceleracinAcelermetroAnalgico

Servo-accelermetros

Fuerza y par (deformacin)Galga extensiomtricaAnalgico

TriaxialesA/D

PresinMembranasAnalgica

PiezoelctricosAnalgica

Manmetros DigitalesDigital

CaudalTurbinaAnalgica

MagnticoAnalgica

TemperaturaTermoparAnalgica

RTDAnalgica

Termistor NTCAnalgica

Termistor PTCAnalgica

[Bimetal - Termostato ]]I/0

Sensores de presenciaInductivosI/0

CapacitivosI/0

pticosI/0 y Analgica

Sensores tctilesMatriz de contactosI/0

Piel artificialAnalgica

Visin artificialCmaras de videoProcesamiento digital

Cmaras CCD o CMOSProcesamiento digital

Sensor de proximidadSensor final de carrera

Sensor capacitivoAnalgica

Sensor inductivoAnalgica

Sensor fotoelctricoAnalgica

Sensor acstico (presin sonora)micrfonoAnalgica

Sensores de acidezIsFET

Sensor de luzfotodiodoAnalgica

FotorresistenciaAnalgica

FototransistorAnalgica

Clula fotoelctricaAnalgica

Sensores captura de movimientoSensores inerciales

Algunas magnitudes pueden calcularse mediante la medicin y clculo de otras, por ejemplo, la velocidad de un mvil puede calcularse a partir de la integracin numrica de su aceleracin. La masa de un objeto puede conocerse mediante la fuerza gravitatoria que se ejerce sobre l en comparacin con la fuerza gravitatoria ejercida sobre un objeto de masa conocida (patrn).

1.7.2.1. Sensor de proximidad:El sensor de proximidad es un transductor que detecta objetos o seales que se encuentran cerca del elemento sensor.

1.7.2.1.1. Sensor capacitivo:La funcin del detector capacitivo consiste en sealar un cambio de estado, basado en la variacin del estmulo de un campo elctrico. Los sensores capacitivos detectan objetos metlicos, o no metlicos, midiendo el cambio en la capacitancia.

1.7.2.1.2. Sensor inductivo:Los sensores inductivos de proximidad han sido diseados para trabajar generando un campo magntico y detectando las prdidas de corriente de dicho campo generadas al introducirse en l los objetos de deteccin frricos y no frricos.

1.7.2.1.3. Sensor fin de carrera:El final de carrera o sensor de contacto son dispositivos elctricos, neumticos o mecnicos situados al final del recorrido de un elemento mvil, como por ejemplo una cinta transportadora.

1.7.2.2. Sensor infrarrojo:El receptor de rayos infrarrojos suele ser un fototransistor o un fotodiodo. El circuito de salida utiliza la seal del receptor para amplificarla y adaptarla a una salida que el sistema pueda entender. La seal enviada por el emisor puede ser codificada para distinguirla de otra y as identificar varios sensores a la vez esto es muy utilizado en la robtica.

Los sensores infrarrojos pueden ser:1.7.2.2.1. Fotointerruptores de barrera:Estn formados por un emisor de infrarrojos y un fototransistor separados por una abertura donde se insertar un elemento mecnico que producir un corte del haz. La salida ser 0 o 1.

1.7.2.2.2. Fotointerruptores reflectivos:Estn formados por un emisor y un receptor de infrarrojos situados en el mismo plano de superficie, que por reflexin permiten detectar dos tipos de colores, blanco y negro normalmente, sobre un elemento mecnico.

1.7.2.2.3. Encoders pticos:Con los fotointerruptores y los reflectivos se pueden montar los encoders pticos, formados por un disco que tiene dibujados segmentos para ser detectados por los sensores.Existen dos tipos de encoders: Encoders Incrementales:permiten que un sensor ptico detecte el nmero de segmentos que dispone el disco y otro sensor detecte la posicin cero de dicho disco. Encoders Absolutos:permiten conocer la posicin exacta en cada momento sin tener que dar una vuelta entera para detectar el punto cero del disco.1.7.2.3. Diodo led Infrarrojo.

Undiodo emisor de luz, tambin conocido comoLED(acrnimodelinglsdelight-emitting diode) es un dispositivosemiconductor(diodo) que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa launin PNdel mismo y circula por l unacorriente elctrica. Este fenmeno es una forma de electroluminiscencia. Elcolor, depende del material semiconductor empleado en la construccin del diodo y puede variar desde elultravioleta, pasando por el visible, hasta elinfrarrojo. Los diodos emisores de luz que emiten luzultravioletatambin reciben el nombre de UV LED (ultraviolet light-emitting diode) y los que emiten luz infrarroja se llamanIRED(infrared emitting diode).

1.7.2.3.1. Funcionamiento fsico.

El funcionamiento fsico consiste en que, en los materiales semiconductores, unelectrnal pasar de la banda de conduccina la devalencia, pierdeenerga; esta energa perdida se puede manifestar en forma de unfotndesprendido, con una amplitud, una direccin y una fase aleatoria. El que esa energa perdida cuando pasa un electrn de la banda de conduccin a la de valencia se manifieste como un fotn desprendido o como otra forma de energa (calor por ejemplo) va a depender principalmente del tipo de material semiconductor. Cuando un diodo semiconductor se polariza directamente, loshuecosde la zona p se mueven hacia la zona n y loselectronesde la zona n hacia la zona p; ambos desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el diodo.Si los electrones y huecos estn en la misma regin, pueden recombinarse, es decir, los electrones pueden pasar a "ocupar" los huecos, "cayendo" desde un nivel energtico superior a otro inferior ms estable. Este proceso emite con frecuencia unfotnen semiconductores de banda prohibida directa o "direct bandgap"con la energa correspondiente a su banda prohibida (vasesemiconductor). Esto no quiere decir que en los dems semiconductores (semiconductores de banda prohibida indirecta o "indirect bandgap") no se produzcan emisiones en forma de fotones; sin embargo, estas emisiones son mucho ms probables en los semiconductores de banda prohibida directa (como elNitruro de Galio) que en los semiconductores de banda prohibida indirecta (como elSilicio).

1.7.2.4. Fototransistor.

La emisin espontnea, por tanto, no se produce de forma notable en todos los diodos y slo es visible en diodos como los LED de luz visible, que tienen una disposicin constructiva especial con el propsito de evitar que la radiacin sea reabsorbida por el material circundante, y una energa de la banda prohibida coincidente con la correspondiente al espectro visible. En otros diodos, la energa se libera principalmente en forma decalor,radiacin infrarrojaoradiacin ultravioleta. En el caso de que el diodo libere la energa en forma de radiacin ultravioleta, se puede conseguir aprovechar esta radiacin para producir radiacin visible, mediante sustanciasfluorescenteso fosforescentesque absorban la radiacin ultravioleta emitida por el diodo y posteriormente emitan luz visible.

La idea para esta nota surgi mientras experimentaba con unfototransistora partir de un requerimiento para un proyecto. La luz infrarroja se utiliza en electrnica para muchas aplicaciones, incluso para la transmisin de seales. Un ejemplo cotidiano es el control remoto de los televisores o acondicionadores de aire. El control posee un LED que emite luz infrarroja (invisible al ojo humano), y el dispositivo controlado recibe la seal, la decodifica y reacciona al comando. La captacin de la luz est a cargo de unfototransistor, un componente que permite la conduccin de una corriente entre colector y emisor, en presencia de luz. Se comporta en forma anloga a un transistor tradicional pero en lugar de conducir proporcionalmente a una corriente de base, lo hace proporcional a la luz recibida en la misma. Aunque existen distintos encapsulados, el ms comn a simple vista puede confundirse con un LED. En el caso de los infrarrojos es distintivo el color oscuro del plstico que sirve como filtro contra la luz de longitudes de onda superiores al espectro deseado.

Su uso ms simple consiste en conectarlo en serie con una resistencia, y el conjunto a una fuente de alimentacin continua, de forma que cuando ingrese un rayo de luz infrarroja a la base, el transistor comience a conducir. Provocando una cada de tensin sobre la resistencia proporcional a la luz en la entrada. Al mismo tiempo la resistencia limita la corriente para evitar la destruccin del transistor. Para un clculo generoso y rpido, podemos despreciar la cada de tensin entre colector y emisor, y calcular la corriente mxima dividiendo la tensin de alimentacin por la resistencia. En el circuito presentado aqu, la corriente mxima terica es de 5mA, aunque en la prctica ser menor aun cuando la base est saturada de luz y el transistor en el mximo posible de conduccin.Figura 3.1

1.7.2.5. Fotorresistencia.

Una fotorresistencia es un componente electrnico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente. Puede tambin ser llamado fotorresistor, fotoconductor, clula fotoelctrica o resistor dependiente de la luz, cuyas siglas, LDR, se originan de su nombre en ingls light-dependent resistor. Su cuerpo est formado por una clula o celda y dos patillas. En la siguiente imagen se muestra su smbolo elctrico.

El valor de resistencia elctrica de un LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en l (puede descender hasta 50 ohms) y muy alto cuando est a oscuras (varios megaohmios).

1.7.2.5.1. Caractersticas.

Su funcionamiento se basa en el efecto fotoelctrico. Un foto-resistor est hecho de un semiconductor de alta resistencia como el sulfuro de cadmio, CdS. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por las elasticidades del semiconductor dando a los electrones la suficiente energa para saltar la banda de conduccin. El electrn libre que resulta, y su hueco asociado, conducen la electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia. Los valores tpicos varan entre 1 M, o ms, en la oscuridad y 100 con luz brillante.Las clulas de sulfuro del cadmio se basan en la capacidad del cadmio de variar su resistencia segn la cantidad de luz que incide en la clula. Cuanta ms luz incide, ms baja es la resistencia. Las clulas son tambin capaces de reaccionar a una amplia gama de frecuencias, incluyendo infrarrojo (IR), luz visible, y ultravioleta (UV).

La variacin del valor de la resistencia tiene cierto retardo, diferente si se pasa de oscuro a iluminado o de iluminado a oscuro. Esto limita a no usar los LDR en aplicaciones en las que la seal luminosa vara con rapidez. El tiempo de respuesta tpico de un LDR est en el orden de una dcima de segundo. Esta lentitud da ventaja en algunas aplicaciones, ya que se filtran variaciones rpidas de iluminacin que podran hacer inestable un sensor (ej. tubo fluorescente alimentado por corriente alterna). En otras aplicaciones (saber si es de da o es de noche) la lentitud de la deteccin no es importante.

Se fabrican en diversos tipos y pueden encontrarse en muchos artculos de consumo, como por ejemplo en cmaras, medidores de luz, relojes con radio, alarmas de seguridad o sistemas de encendido y apagado del alumbrado de calles.

Tambin se fabrican fotoconductores de Ge:Cu que funcionan dentro de la gama ms baja "radiacin infrarroja".

1.8. Display.

Se llama visualizador, display en ingls, a un dispositivo de ciertos aparatos electrnicos que permite mostrar informacin al usuario de manera visual. Un visualizador de una seal de video se lo llama ms comnmente pantalla; los dos ejemplos ms comunes son el televisor y el Monitor de computadora. Un visualizador es un tipo de dispositivo de salida.

Los primeros visualizadores, similares a los de los ascensores, se construan con lmparas que iluminaban las leyendas. Un ejemplo son los ascensores, que para cada piso exista una luz detrs de una silueta con forma de nmero.

A partir de la aparicin de calculadoras, cajas registradoras e instrumentos de medida electrnicos que muestran distintas informaciones, ya se puede hablar con propiedad de visualizadores. Un tubo Nixie es semejante a una lmpara de nen pero con varios nodos que tienen la forma de los smbolos que se quiere representar. Otro avance fue la invencin del visualizador de 7 segmentos.

1.8.1. Visualizador de segmentos.

En un visualizador de 7 segmentos se representan los dgitos 0 a 9 iluminando los segmentos adecuados. Tambin suelen contener el punto o la coma decimal. A veces se representan tambin algunos caracteres como la "E" (Error), "b" o "L" (Low Battery), etc., pero para representar los caracteres alfabticos se introdujo el visualizador de 14 segmentos. El visualizador de 14 segmentos tuvo xito reducido y slo existe de forma marginal debido a la competencia de la matriz de 5x7 puntos. Los visualizadores de segmentos se fabrican en diversas tecnologas: Incandescencia, de ctodo fro, LED, cristal lquido, fluorescente, etc.

1.8.2. Visualizador de matriz.

La matriz de 5x7 permite representar letras maysculas y minsculas, signos de puntuacin y caracteres especiales con un grado de legibilidad excelente. No es nueva y ya en los aos 1940 se poda ver mostrando leyendas publicitarias. Estaban fabricadas con lmparas de incandescencia. Actualmente se fabrican con LED y LCD.

A las matrices de 5x7 siguen las lneas de caracteres, principalmente LCD y VFD, presentndose en mltiples formatos, de una a cuatro lneas de ocho a cuarenta caracteres.

1.8.3. Matriz grfica.

Consiste en una matriz ms grande, que puede representar tanto caracteres como grficos. Se fabrican en LCD y VFD. Las matrices de LED estn constituidas por un mosaico de visualizadores ms pequeos (8x8, normalmente). Pueden ser multicolores (Rojo-Naranja-Verde o Rojo-Verde-Azul), encontrando su utilidad en vallas publicitarias, campos de ftbol, etc.

1.8.4. Visualizador electromecnico.

Los problemas de los primeros visualizadores para su uso a la intemperie: falta de luminosidad y fragilidad condujeron al desarrollo de otros tipos de visualizador, en los que se mueve mecnicamente alguna pieza que oculta o muestra un smbolo o leyenda. Pertenecen a este tipo los visualizadores "de cortinilla", que constan de un motor paso a paso que va pasando las "hojas" que contienen distintas leyendas hasta llegar al mensaje deseado. Goz de gran popularidad en aeropuertos, estaciones de tren y autobuses, etc. Pero la dificultad para cambiar los mensajes signific su fin cuando se pudo disponer de alternativas en otras tecnologas. Otro visualizador mecnico, que se ve como 7 segmentos y como matriz consiste en segmentos o puntos fluorescentes sobre lminas que pueden girar para ponerse perpendiculares mediante la accin de un electroimn. Presenta la ventaja de que son visibles a plena luz solar y slo consumen en el cambio de estado.

1.8.5. Visualizador de proyeccin.

Consisten en una matriz de lmparas, de las que se ilumina slo una cada vez. La luz se dirige a un condensador que la proyecta sobre una pelcula que contiene los smbolos que se quiere representar. Despus otro grupo de lentes enfoca la imagen sobre una pantalla translcida, que se hacen visibles en su cara posterior. Como norma general el nmero de imgenes est limitado a doce y no se pueden cambiar, salvo que se desmonte la unidad y se cambie la pelcula.

1.9. Controlador Lgico Programable (PLC).

Un controlador lgico programable, ms conocido por sus siglas en ingls: PLC (Programmable Logic Controller), es una computadora utilizada en la ingeniera automtica o automatizacin industrial, para automatizar procesos electromecnicos, tales como el control de la maquinaria de la fbrica en lneas de montaje o atracciones mecnicas.

Los PLCs son utilizados en muchas industrias y mquinas. A diferencia de las computadoras de propsito general, el PLC est diseado para mltiples seales de entrada y de salida, rangos de temperatura ampliados, inmunidad al ruido elctrico y resistencia a la vibracin y al impacto. Los programas para el control de funcionamiento de la mquina se suelen almacenar en bateras copia de seguridad o en memorias no voltiles. Un PLC es un ejemplo de un sistema de tiempo real duro donde los resultados de salida deben ser producidos en respuesta a las condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado, que de lo contrario no producir el resultado deseado.

1.9.1. Funciones.

La funcin bsica y primordial del PLC ha evolucionado con los aos para incluir el control del rel secuencial, control de movimiento, control de procesos, Sistemas de Control Distribuido y comunicacin por red. Las capacidades de manipulacin, almacenamiento, potencia de procesamiento y de comunicacin de algunos PLCs modernos son aproximadamente equivalentes a las computadoras de escritorio. Un enlace-PLC programado combinado con hardware de E/S remoto, permite utilizar un ordenador de sobremesa de uso general para suplantar algunos PLC en algunas aplicaciones. En cuanto a la viabilidad de estos controladores de ordenadores de sobremesa basados en lgica, es importante tener en cuenta que no se han aceptado generalmente en la industria pesada debido a que los ordenadores de sobremesa ejecutan sistemas operativos menos estables que los PLCs, y porque el hardware del ordenador de escritorio est tpicamente no diseado a los mismos niveles de tolerancia a la temperatura, humedad, vibraciones, y la longevidad como los procesadores utilizados en los PLC. Adems de las limitaciones de hardware de lgica basada en escritorio; sistemas operativos tales como Windows no se prestan a la ejecucin de la lgica determinista, con el resultado de que la lgica no siempre puede responder a los cambios en el estado de la lgica o de los estado de entrada con la consistencia extrema en el tiempo como se espera de los PLCs. Sin embargo, este tipo de aplicaciones de escritorio lgicos encuentran uso en situaciones menos crticas, como la automatizacin de laboratorio y su uso en instalaciones pequeas en las que la aplicacin es menos exigente y crtica, ya que por lo general son mucho menos costosos que los PLCs.

1.9.2. Ventajas.

Dentro de las ventajas que estos equipos poseen se encuentra que, gracias a ellos, es posible ahorrar tiempo en la elaboracin de proyectos, pudiendo realizar modificaciones sin costos adicionales. Por otra parte, son de tamao reducido y mantenimiento de bajo costo, adems permiten ahorrar dinero en mano de obra y la posibilidad de controlar ms de una mquina con el mismo equipo. Sin embargo, y como sucede en todos los casos, los controladores lgicos programables, o PLCs, presentan ciertas desventajas como es la necesidad de contar con tcnicos cualificados y adiestrados especficamente para ocuparse de su buen funcionamiento.

Control ms preciso. Mayor rapidez de respuesta. Flexibilidad Control de procesos Seguridad en el proceso. Mejor monitoreo del funcionamiento. Menor mantenimiento. Deteccin rpida de averas Posibilidad de modificaciones sin elevar costos. Menor costo de instalacin, operacin y mantenimiento. Posibilidad de gobernar varios actuadores con el mismo autmata.

1.9.3. Desventajas La grandesventaja de un PLCes que antes de automatizar una tarea en la industria, es necesario tener en cuenta todos los detalles de lo que se debe hacer para que nada salga mal. La tarea o el proceso depende totalmente y enteramente del cdigo de laprogramacin. Esta no puede estar mal. Por ello, el programador debe ser muy bueno. El costo inicial de lo que implica automatizar una tarea con un PLC es muy elevado. sta es una claradesventaja. Mano de obra especializada. Centraliza el proceso. Condiciones ambientales apropiadas. Mayor costo para controlar tareas muy pequeas o sencillas.

1.10. Flip-Flop.

Un biestable (flip-flop o LATCH en ingls), es un multivibrador capaz de permanecer en uno de dos estados posibles durante un tiempo indefinido en ausencia de perturbaciones. Esta caracterstica es ampliamente utilizada en electrnica digital para memorizar informacin. El paso de un estado a otro se realiza variando sus entradas. Dependiendo del tipo de dichas entradas los biestables se dividen en:

1.10.1. Asncronos.

Slo tienen entradas de control. El ms empleado es el biestable RS.

1.10.2. Sncronos.

Adems de las entradas de control posee una entrada de sincronismo o de reloj. Si las entradas de control dependen de la de sincronismo se denominan sncronas y en caso contrario asncronas. Por lo general, las entradas de control asncronas prevalecen sobre las sncronas.

La entrada de sincronismo puede ser activada por nivel (alto o bajo) o por flanco (de subida o de bajada). Dentro de los biestables sncronos activados por nivel estn los tipos RS y D, y dentro de los activos por flancos los tipos JK, T y D.

Los biestables sncronos activos por flanco (flip-flop) se crearon para eliminar las deficiencias de los latches (biestables asncronos o sincronizados por nivel).

1.10.3. Aplicaciones.

Un biestable puede usarse para almacenar un bit. La informacin contenida en muchos biestables puede representar el estado de un secuenciador, el valor de un contador, un carcter ASCII en la memoria de un ordenador, o cualquier otra clase de informacin.

Un uso corriente es el diseo de mquinas de estado finitas electrnicas. Los biestables almacenan el estado previo de la mquina que se usa para calcular el siguiente.

El T es til para contar. Una seal repetitiva en la entrada de reloj hace que el biestable cambie de estado por cada transicin alto-bajo si su entrada T est a nivel 1. La salida de un biestable puede conectarse a la entrada de reloj de la siguiente y as sucesivamente. La salida final del conjunto considerado como una cadena de salidas de todos los biestables es el conteo en cdigo binario del nmero de ciclos en la primera entrada de reloj hasta un mximo de 2n-1, donde n es el nmero de biestables usados.

Uno de los problemas con esta configuracin de contador (ripplecounter en ingls) es que la salida es momentneamente invlida mientras los cambios se propagan por la cadena justo despus de un flanco de reloj. Hay dos soluciones a este problema. La primera es muestrear la salida slo cuando se sabe que esta es vlida. La segunda, ms compleja y ampliamente usada, es utilizar un tipo diferente de contador sncrono, que tiene una lgica ms compleja para asegurar que todas las salidas cambian en el mismo momento predeterminado, aunque el precio a pagar es la reduccin de la frecuencia mxima a la que puede funcionar.

Una cadena de biestables T como la descrita anteriormente tambin sirve para la divisin de la frecuencia de entrada entre 2n, donde n es el nmero de biestables entre la entrada y la ltima salida.

1.10.4. Secuenciacin y meta-estabilidad.

Los biestables sncronos son propensos a sufrir un problema denominado meta-estabilidad, que ocurre cuando una entrada de datos o de control est cambiando en el momento en el que llega un flanco de reloj. El resultado es que la salida puede comportarse de forma imprevista, tardando muchas veces ms de lo normal en estabilizarse al estado correcto, o incluso podra oscilar repetidas veces hasta terminar en su estado estable. En un ordenador esto puede suponer la corrupcin de datos o causar un fallo de programa.

En muchos casos, la meta-estabilidad en los biestables se puede evitar asegurndose de que los datos y las entradas de control se mantienen constantes durante un periodo de tiempo especificado antes y despus del flanco de reloj, denominados setup time (tsu) y hold time (th) respectivamente. Esos tiempos estn establecidos en la hoja de datos del dispositivo en cuestin, y son tpicamente entre unos pocos nanosegundos y unos pocos cientos de picosegundos para dispositivos modernos.

Desafortunadamente, no siempre es posible cumplir estos requisitos, porque los biestables pueden estar conectados a entradas en tiempo real que son asncronas, y pueden cambiar en cualquier momento fuera del control del diseador. En este caso, lo nico que puede hacerse es reducir la probabilidad de error a un determinado nivel, dependiendo de la fiabilidad que se desee del circuito. Una tcnica para reducir la incidencia es conectar dos o ms biestables en cadena, de forma que la salida de una se conecta a la entrada de la siguiente, y con todos los dispositivos compartiendo la misma seal de reloj. De esta forma la probabilidad de un suceso meta-estable puede reducirse considerablemente, pero nunca podr eliminarse por completo.

Existen biestables robustos frente a la meta-estabilidad, que funcionan reduciendo los tiempos de setup y hold en todo lo posible, pero incluso estos no pueden eliminar por completo el problema. Esto es debido a que la meta-estabilidad es mucho ms que un problema de diseo. Cuando el flanco de reloj y la entrada de datos estn suficientemente juntos, el biestable tiene que elegir el evento que ocurri antes. Y por ms rpido que se haga el dispositivo, siempre existe la posibilidad de que sucedan lo suficientemente juntos como para que no se pueda detectar cual es el que ocurri primero. As pues, es lgicamente imposible el construir un biestable a prueba de metaestabilidad.Otro parmetro temporal importante de un biestable es el retardo reloj-a-salida (clock-to-outputtCO) o retardo de propagacin (propagationdelaytP), que es el tiempo que el biestable tarda en cambiar su salida tras un flanco de reloj. El tiempo para una transicin alto-a-bajo (tPHL) es a veces diferente del de las transiciones de bajo-a-alto (tPLH).

Cuando se conectan biestables en cadena, es importante asegurar que el tCO del primero es mayor que el hold time (tH) del siguiente, ya que en caso contrario, el segundo biestable no recibir los datos de forma fiable. La relacin entre tCO y tH est garantizada normalmente si ambos biestables son del mismo tipo.

1.11. GALs.

Una innovacin del PAL fue la matriz lgica genrica (Genericarraylogic) o GAL. Ambas fueron desarrolladas por Lattice Semiconductor en 1985. Este dispositivo tiene las mismas propiedades lgicas que el PAL, pero puede ser borrado y reprogramado. La GAL es muy til en la fase de prototipado de un diseo, cuando un fallo en la lgica puede ser corregido por reprogramacin. Las GALs se programan y reprograman utilizando un programador OPAL, o utilizando la tcnica de programacin circuital en chips secundarios.

Un dispositivo similar llamado PEEL (programable electrically erasable logic o lgica programable elctricamente borrable) fue introducido por la International CMOS.

1.10.1. Funcionamiento.

Una GAL permite implementar cualquier expresin en suma de productos con un nmero de variables definidas. El proceso de programacin consiste en activar o desactivar cada celda E2CMOS con el objetivo de aplicar la combinacin adecuada de variables a cada compuerta AND y obtener la suma de productos.

Las celdas E2CMOS activadas conectan las variables deseadas o sus complementos con las apropiadas entradas de las puertas AND. Las celdas E2CMOS estn desactivadas cuando una variable o su complemento no se utilizan en un determinado producto. La salida final de la puerta OR es una suma de productos. Cada fila est conectada a la entrada de una puerta AND, y cada columna a una variable de entrada o a su complemento. Mediante la programacin se activa o desactiva cada celda E2CMOS, y se puede aplicar cualquier combinacin de variables de entrada, o sus complementos, a una puerta AND para generar cualquier operacin producto que se desee.

Las celdas se pueden borrar y reprogramar elctricamente. Una celda E2CMOS tpica puede mantener el estado en que se ha programado durante 20 aos o ms. Las macroceldas lgicas de salida (OLMCs) estn formadas por circuitos lgicos que se pueden programar como lgica combinacional o como lgica secuencial. Las OLMCs proporcionan mucha ms flexibilidad que la lgica de salida fija de una PAL.

1.11. Microcontrolador.

Un Microcontrolador es un circuito integrado que contiene toda la estructura (arquitectura) de un microcomputador, o sea CPU, RAM, ROM y circuitos de entrada y salida. Los resultados de tipo prctico, que pueden lograrse a partir de estos elementos, son sorprendentes.

1.11.1. Microcontrolador PIC.

Los PIC son una familia de microcontroladores tipo RISC fabricados por Microchip Technology Inc. y derivados del PIC1650, originalmente desarrollado por la divisin de microelectrnica de General Instrument.

El nombre actual no es un acrnimo. En realidad, el nombre completo es PIC micro, aunque generalmente se utiliza como PeripheralInterface Controller (controlador de interfaz perifrico).

El PIC original se dise para ser usado con la nueva CPU de 16 bits CP16000. Siendo en general una buena CPU, sta tena malas prestaciones de entrada y salida, y el PIC de 8 bits se desarroll en 1975 para mejorar el rendimiento del sistema quitando peso de E/S a la CPU. El PIC utilizaba micro cdigo simple almacenado en ROM para realizar estas tareas; y aunque el trmino no se usaba por aquel entonces, se trata de un diseo RISC que ejecuta una instruccin cada 4 ciclos del oscilador.

En 1985 la divisin de microelectrnica de General Instrument se separa como compaa independiente que es incorporada como filial (el 14 de diciembre de 1987 cambia el nombre a Microchip Technology y en 1989 es adquirida por un grupo de inversores) y el nuevo propietario cancel casi todos los desarrollos, que para esas fechas la mayora estaban obsoletos. El PIC, sin embargo, se mejor con EPROM para conseguir un controlador de canal programable. Hoy en da multitud de PICs vienen con varios perifricos incluidos (mdulos de comunicacin serie, UARTs, ncleos de control de motores, etc.) y con memoria de programa desde 512 a 32.000 palabras (una palabra corresponde a una instruccin en lenguaje ensamblador, y puede ser de 12, 14, 16 32 bits, dependiendo de la familia especfica de PICmicro).

1.11.2. Partes de un Microcontrolador.

1.11.2.1. Procesador:

Es la parte encargada del procesamiento de las instrucciones. Debido a la necesidad de conseguir elevados rendimientos en este proceso, se ha desembocado en el empleo generalizado de procesadores de arquitectura Harvard frente a los tradicionales que seguan la arquitectura de von Neumann.Esta ltima se caracterizaba porque la CPU se conectaba con una memoria nica, donde coexistan datos e instrucciones, a travs de un sistema de buses.El procesador de los modernos Micro controladores responde a la arquitectura RISC (Computadores de Juego de Instrucciones Reducido), que se identifica por poseer un repertorio de instrucciones mquina pequeo y simple, de forma que la mayor parte de las instrucciones se ejecutan en un ciclo de instruccin.

1.11.2.2. Memorias de programa

El Microcontrolador est diseado para que en su memoria de programa se almacenen todas las instrucciones del programa de control. Como ste siempre es el mismo, debe estar grabado de forma permanente.Existen algunos tipos de memoria adecuados para soportar estas funciones, de las cuales se citan las siguientes: ROM con mscara: se graba mediante el uso de mscaras. Slo es recomendable para series muy grandes debido a su elevado coste. EPROM: se graba elctricamente con un programador controlador por un PC. Disponen de una ventana en la parte superior para someterla a luz ultravioleta, lo que permite su borrado. Puede usarse en fase de diseo, aunque su coste unitario es elevado. OTP: su proceso de grabacin es similar al anterior, pero stas no pueden borrarse. Su bajo coste las hace idneas para productos finales. EEPROM: tambin se graba elctricamente, pero su borrado es mucho ms sencillo, ya que tambin es elctrico. No se pueden conseguir grandes capacidades y su tiempo de escritura y su consumo es elevado. FLASH: se trata de una memoria no voltil, de bajo consumo, que se puede escribir y borrar en circuito al igual que las EEPROM, pero que suelen disponer de mayor capacidad que estas ltimas. Son recomendables aplicaciones en las que es necesario modificar el programa a lo largo de la vida del producto. Por sus mejores prestaciones, est sustituyendo a la memoria EEPROM para contener instrucciones. De esta forma Microchip comercializa dos Microcontroladores prcticamente iguales que slo se diferencian en que la memoria de programa de uno de ellos es tipo EEPROM y la del otro tipo Flash.

1.11.2.3. Memoria de datos

Los datos que manejas los programas varan continuamente, y esto exige que la memoria que los contiene debe ser de lectura y escritura, por lo que la memoria RAM esttica (SRAM) es la ms adecuada, aunque sea voltil.Hay Microcontroladores que disponen como memoria de datos una de lectura y escritura no voltil, del tipo EEPROM. De esta forma, un corte en el suministro de la alimentacin no ocasiona la prdida de la informacin, que est disponible al reiniciarse el programa.

1.11.2.4. Lneas de E/S

A excepcin de cuatro pines destinadas a recibir la alimentacin, otras dos para el cristal de cuarzo, que regula la frecuencia de trabajo, y una ms para provocar el Reset, las restantes patitas de un Microcontrolador sirven para soportar su comunicacin con los perifricos externos que controla.Las lneas de E/S que se adaptan con los perifricos manejan informacin en paralelo y se agrupan en conjuntos de ocho, que reciben el nombre de Puertas. Hay modelos con lneas que soportan la comunicacin en serie; otros disponen de conjuntos de lneas que implementan puertas de comunicacin para diversos protocolos.

1.11.2.5. Recursos auxiliares

Segn las aplicaciones a las que orienta el fabricante cada modelo de Microcontrolador, incorpora una diversidad de complementos que refuerzan la potencia y la flexibilidad del dispositivo. Entre los recursos ms comunes se citan los siguientes: Circuito de reloj: se encarga de generar los impulsos que sincronizan el funcionamiento de todo el sistema.- Temporizadores, orientados a controlar tiempos. Perro Guardin o WatchDog: se emplea para provocar una reinicializacin cuando el programa queda bloqueado. Conversores AD y DA, para poder recibir y enviar seales analgicas. Sistema de proteccin ante fallos de alimentacin Estados de reposos, gracias a los cuales el sistema queda congelado y el consumo de energa se reduce al mnimo.

1.11.3. Programacin de Microcontroladores

La utilizacin de los lenguajes ms cercanos a la mquina (de bajo nivel) representan un considerable ahorro de cdigo en la confeccin de los programas, lo que es muy importante dada la estricta limitacin de la capacidad de la memoria de instrucciones. Los programas bien realizados en lenguaje Ensamblador optimizan el tamao de la memoria que ocupan y su ejecucin es muy rpida.Los lenguajes de alto nivel ms empleados con Microcontroladores son el C y el BASIC de los que existen varias empresas que comercializan versiones de compiladores e intrpretes para diversas familias de Microcontroladores. En el caso de los PIC es muy competitivo e interesante el compilador de C PCM de la empresa CCS y el PBASIC de microLab Engineering, ambos comercializados en Espaa por Mircosystems Engineering.

1.11.3.1. Programacin.

Para transferir el cdigo de un ordenador al PIC normalmente se usa un dispositivo llamado programador. La mayora de PICs que Microchip distribuye hoy en da incorporan ICSP (In Circuit Serial Programming, programacin serie incorporada) o LVP (LowVoltageProgramming, programacin a bajo voltaje), lo que permite programar el PIC directamente en el circuito destino. Para la ICSP se usan los pines RB6 y RB7 (En algunos modelos pueden usarse otros pines como el GP0 y GP1 o el RA0 y RA1) como reloj y datos y el MCLR para activar el modo programacin aplicando un voltaje de 13 voltios. Existen muchos programadores de PICs, desde los ms simples que dejan al software los detalles de comunicaciones, a los ms complejos, que pueden verificar el dispositivo a diversas tensiones de alimentacin e implementan en hardware casi todas las funcionalidades. Muchos de estos programadores complejos incluyen ellos mismos PICs pre-programados como interfaz para enviar las rdenes al PIC que se desea programar. Uno de los programadores ms simples es el TE20, que utiliza la lnea TX del puerto RS232 como alimentacin y las lneas DTR y CTS para mandar o recibir datos cuando el microcontrolador est en modo programacin. El software de programacin puede ser el ICprog, muy comn entre la gente que utiliza este tipo de microcontroladores. Entornos de programacin basados en intrpretes BASIC ponen al alcance de cualquier proyecto que parecieran ser ambiciosos.

1.11.3.1.1. Tipos de lenguaje de programacin.

1.11.3.1.1.1. Pascal.Es un lenguaje relativamente moderno, desarrollado por Niklaus Wirth y su grupo de Zurich en 1971. Se trata de un lenguaje de propsito general, esto quiere decir que se puede emplear para construir todo tipo de aplicaciones. En la prctica tambin quiere decir que se trata de un lenguaje no diseado para desarrollar ningn tipo especfico de aplicaciones. Pero el PASCAL es especialmente til para algo: para la enseanza de buenos modos de programacin. El PASCAL es hoy en da el lenguaje ms usado para la enseanza de la programacin por varios motivos:

Posee unas reglas sencillas de sintaxis.Es un lenguaje muy estructurado.Realiza una comprobacin exhaustiva de tipos de datos.

El hecho de que tenga una estructuracin muy marcada permite que los programas sean fciles de leer e interpretar, y facilita la escritura de programas del modo que hoy en da se estima correcto. El compilador de PASCAL es relativamente sencillo de realizar, por lo que se ha extendido a muchos tipos de plataformas, desde los ordenadores personales a los grandes ordenadores corporativos. Cuando una aplicacin se escribe en PASCAL estndar puede compilarse en cualquier maquina en la que exista compilador de PASCAL, que son la mayora.

1.11.3.1.1.2. Lenguaje C

El lenguaje C fue inventado e implementado por primera vez por Dennis Ritchie en un DEC PDP-11 en Bell Laboratories.

Es el resultado de un proceso de desarrollo comenzado con un lenguaje anterior denominado B, inventado por Ken Thompson. En los aos 70 el lenguaje B llev al desarrollo del C. En 1978, Brian Kernighan y Dennis Ritchie publicaron el libro The C Programming Language que ha servido hasta la actualidad como definicin eficiente de este lenguaje.

Durante muchos aos el estndar de C fue la versin proporcionada con la versin cinco del sistema operativo UNIX. En 1983, el instituto de estndares americanos estableci un estndar que definiera el lenguaje C, conocido como ANSI C. Hoy da, todos los principales compiladores de C llevan implementado el estndar ANSI.

El lenguaje C se denomina como un lenguaje de nivel medio, puesto que combina elementos de lenguajes de alto nivel (Fortran, Pascal, Basic) con el funcionalismo del lenguaje ensamblador.

C permite la manipulacin de bits, bytes y direcciones (los elementos bsicos con que funciona la computadora).

Otras caractersticas del C es que posee muy pocas palabras clave (32, donde 27 fueron definidas en la versin original y cinco aadidas por el comit del ANSI,enum, const ,signed, void y volatile). Todas las palabras clave de C estn en minsculas (C distingue entre las maysculas y minsculas). En la siguiente tabla se muestran las 32 palabras clave:

Los programas en C consisten en una o ms funciones. La nica funcin que debe estar absolutamente presente es la denominada main, siendo la primera funcin que es llamada cuando comienza la ejecucin del programa. Aunque main no forma tcnicamente parte del lenguaje C, hay que tratarla como si lo fuera, pues si se emplea para nombrar una variable, probablemente confundir al compilador.

La forma general de un programa en C es:

Instrucciones del preprocesador Declaraciones globalestipo_ devuelto main (lista de parmetros){Secuencia de sentencias}tipo_ devuelto funcin_1 (lista de parmetros){Secuencia de sentencias}tipo_ devuelto funcin_2 (lista de parmetros){Secuencia de sentencias}....tipo_ devuelto funcin (lista de parmetros){Secuencia de sentencias}

1.11.3.1.1.3. Lenguaje Java

Java es un lenguaje de programacin desarrollado por Sun Microsystems. Java fue presentado en la segunda mitad del ao 1995 y desde entonces se ha convertido en un lenguaje de programacin muy popular. Java es un lenguaje muy valorado porque los programas Java se pueden ejecutar en diversas plataformas con sistemas operativos como Windows, Mac OS, Linux o Solaris. James Gosling, el director del equipo de trabajo encargado de desarrollar Java, hizo realidad la promesa de un lenguaje independiente de la plataforma. Se buscaba disear un lenguaje que permitiera programar una aplicacin una sola vez que luego pudiera ejecutarse en distintas mquinas y sistemas operativos. Para conseguir la portabilidad de los programas Java se utiliza un entorno de ejecucin para los programas compilados. Este entorno se denomina Java Runtime Environment (JRE). Es gratuito y est disponible para los principales sistemas operativos. Esto asegura que el mismo programa Java pueda ejecutarse en Windows, Mac OS, Linux o Solaris.

Write Once, Run Anyware, que podra traducirse como programar una sola vez y despus ejecutar los programas en cualquier sistema operativo, era el objetivo del equipo de desarrollo de Java. Esta idea resume el concepto de portabilidad. Los programas Java son portables, es decir, independientes de la plataforma, porque pueden ejecutarse en cualquier ordenador o dispositivo mvil, independientemente del sistema operativo que tengan instalado: Un programa Java puede ejecutarse en un ordenador de mesa, un ordenador porttil, una tableta, un telfono, un reproductor de msica o en cualquier otro dispositivo mvil con cualquier sistema operativo.

1.11.4. Caractersticas.

Los PICs actuales vienen con una amplia gama de mejoras hardware incorporados:

Ncleos de CPU de 8/16 bits con Arquitectura Harvard modificada Memoria Flash y ROM disponible desde 256 bytes a 256 kilobytes Puertos de E/S (tpicamente 0 a 5,5 voltios) Temporizadores de 8/16/32 bits Tecnologa Nanowatt para modos de control de energa Perifricos serie sncronos y asncronos: USART, AUSART, EUSART Conversores analgico/digital de 8-10-12 bits Comparadores de tensin Mdulos de captura y comparacin PWM Controladores LCD Perifrico MSSP para comunicaciones IC, SPI, y IS Memoria EEPROM interna con duracin de hasta un milln de ciclos de lectura/escritura Perifricos de control de motores Soporte de interfaz USB Soporte de controladorEthernet Soporte de controlador CAN Soporte de controlador LIN

1.11.4.1. Caractersticas del PIC 18F4550

Microcontrolador con mdulo USB especificacin 2.0. Soporta Low speed 1.5Mb/s y full speed 12Mb/s. 32 endpoints (16 bidireccionales). 1kB de memoria de doble acceso para el USB Hasta 35 pines I/O disponibles Memoria de programa flash de 32 kB RAM de 2048 Bytes EEPROM de datos de 256 Bytes Velocidad de la CPU 12 MIPS Oscilador externo hasta 48 MHz Oscilador interno seleccionable entre 8 frecuencias desde 31kHzhasta 8MHz Opciones de oscilador dual permiten que la velocidad de la CPU y del mdulo USB sean diferentes ADC de 10 bits y 13 canales Tecnologa nano Watt que brinda caractersticas y funciones de bajo consumo y ahorro de energa Voltaje de operacin 4.2V a 5.5V 2 mdulos de captura/comparacin/PWM 1 timer de 8 bits y 3 de 16 bits EUSART, SPP, SPI, IC. 20 fuentes de interrupciones (3 externas) Resistencias de pull-ups en el puerto B programables Funcin del pin MCLR opcional Brown-out Reset de valor programmable Power-on Reset Power-up Timer y Oscillator Start-up Timer Soporta 100,000 ciclos de borrado/escritura en memoria flash Soporta 1,000,000 ciclos de borrado/escritura en memoria EEPROM Retencin de datos mayor a 40 aos Proteccin de cdigo y datos programable Encapsulado DIP de 40 pines

CAPITULO 2 DISEO Y DESARROLLO

2.1. Prueba y ErrorPara poder comprobar el funcionamiento de nuestro construy en protoboard un prototipo, y de sta manera poder determinar posibles fallas, o cualquier imprevisto en la programacin o en los dispositivos.

Figura 2. 1 Prototipo hecho en protoboard

Continuando con nuestras prueba dos dimos cuenta que para llevar acabo nuestro prototipo era necesario hacer una etapa de potencia para completar nuestro proyecto, para hacerlo seguimos el diagrama esquemtico 2.2, en la figura 2.1 se puede observar el mismo circuito, pero ahora hecho en baquelita, tambin, en la figura 2.2 se observa el diagrama en 3D.

Figura 2.1. Circuito de la etapa de potencia en baquelita.

Diagrama esquemtico 2.2. Etapa de potencia hecha en ISIS Proteus.

Figura 2.2. Componentes a utilizar vistos en 3D.

Figura 2.3. Baquelita del circuito de control en proceso de elaboracin.

Figura 2.4. Circuito de control terminado.

Figura 2.5. Cajas de aluminio para los sensores infrarrojos.

Figura 2.6. Caja de aluminio para todo el circuito de control.

Figura 2.7. LCD de 20x4 en su resguardo de aluminio.

CAPITULO 3 RESULTADOS

3.1. Etapa de potencia

Para esta parte donde muestran los resultados de nuestro arduo trabajo se muestra la etapa de potencia ya terminada en baquelita, que nos sirve para que con los 5 volts del circuito podamos controlar las luces que son a 110v.

Figura 3. 1. Etapa de potencia fsicamente con todos los dispositivos.

3.2. Contador Aunque la parte fsica de ste proyecto es importante, la esencia de ste es la programacin del sumador-restador, dicha programacin fue realizada en lenguaje C++ en el programa MikroC for PIC, sta programacin de encuentra adjunta en el anexo 1.

Figura 3. 2. Se muestra en un LCD de 20x4 el tiempo en que las luces se apagarn.Anexo 1.Programacin del sumador-restador.//Pines de salida para el LCDsbit LCD_RS at RB5_bit;sbit LCD_EN at RB4_bit;sbit LCD_D7 at RB0_bit;sbit LCD_D6 at RB1_bit;sbit LCD_D5 at RB2_bit;sbit LCD_D4 at RB3_bit;

//Bits de configuracin TRISsbit LCD_RS_Direction at TRISB5_bit;sbit LCD_EN_Direction at TRISB4_bit;sbit LCD_D7_Direction at TRISB0_bit;sbit LCD_D6_Direction at TRISB1_bit;sbit LCD_D5_Direction at TRISB2_bit;sbit LCD_D4_Direction at TRISB3_bit;

int cont=0;char im[20];int cont2=0;

void main(){ Lcd_Init(); Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);

delay_ms(100); Lcd_out(1,1, "Bienvenidos... ;)"); TRISD=0x00;

while(1)

{ if (PORTD.F0=1) { Lcd_cmd(_lcd_clear); cont=cont+1; delay_ms(500); } if (portd.f1=1) { cont=cont-1; if (cont0) { inttostr(cont,im); lcd_out(2,1,"Gente:"); lcd_out(2,10,im); PORTD.F4=0; } if (cont==0) { lcd_cmd(_lcd_clear); lcd_out(1,1, "Las luces se apagarn en 10 minutos..."); delay_ms(1000); lcd_cmd(_lcd_clear); lcd_out(1,1, "Las luces se apagarn en 9 minutos..."); delay_ms(1000); lcd_cmd(_lcd_clear); lcd_out(1,1, "Las luces se apagarn en 8 minutos..."); delay_ms(1000); lcd_cmd(_lcd_clear); lcd_out(1,1, "Las luces se apagarn en 7 minutos..."); delay_ms(1000); lcd_cmd(_lcd_clear); lcd_out(1,1, "Las luces se apagarn en 6 minutos..."); delay_ms(1000); lcd_cmd(_lcd_clear); lcd_out(1,1, "Las luces se apagarn en 5 minutos..."); delay_ms(1000); lcd_cmd(_lcd_clear); lcd_out(1,1, "Las luces se apagarn en 4 minutos..."); delay_ms(1000); lcd_cmd(_lcd_clear); lcd_out(1,1, "Las luces se apagarn en 3 minutos..."); delay_ms(1000); lcd_cmd(_lcd_clear); lcd_out(1,1, "Las luces se apagarn en minutos..."); delay_ms(1000); lcd_cmd(_lcd_clear); lcd_out(1,1, "Las luces se apagarn en 1 minuto..."); delay_ms(1000); lcd_cmd(_lcd_clear); lcd_out(1,1, "Las luces se apagarn en 0 minutos..."); delay_ms(1000); lcd_cmd(_lcd_clear); lcd_out(1,1, "Luces apagadas :)"); portd.f4=0; delay_ms(10000);

} }

}