Control Digital Apertura Temperatura Ducha

COLEGIO TCNICO SALESIANO COLEGIO TCNICO SALESIANO COLEGIO TCNICO SALESIANO COLEGIO TCNICO SALESIANO

CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA ELCTRICA

Tesis previa a la obtencin del ttulo de bachiller tcnico industrial en la especialidad de Instalaciones Equipos y Maquinas Elctricas.

DIRECTOR:

Sr. Gustavo Parra

AUTORES:

Ronald Leandro Morocho Punn Mario Andrs Ortega Pelez

CUENCA - ECUADOR

2008-2009

Sr. Gustavo Parra:

Certifica haber dirigido y revisado prolijamente cada uno de los captulos de la tesis:

CONTROL DIGITAL DE APERTURA Y TEMPERATURA DE UNA DUCHA

ELCTRICA, realizado por Ronald Leandro Morocho Punn y Mario Andrs Ortega Pelez. .

Certifico igualmente el nivel de independencia y creatividad as como la disciplina en el

cumplimiento de su plan de trabajo. Por lo tanto por cumplir con los requisitos

establecidos autorizo su presentacin.

Cuenca, 29 de mayo del 2009

____________________

Sr. Gustavo Parra

ii

Dedicatoria:

Quiero dedicar esta monografa y toda mi vida estudiantil hasta el momento, a Dios por darme la vida y todo lo que tengo, a mi padre, madre y hermano quienes han sido la piedra angular en mi formacin humana, tambin la dedicatoria va para todas esas personas que han influido en mi vida de una manera positiva o negativa, ya que queda en nosotros poder sacarle provecho a todas las experiencias vividas.

Ronald.

iii

Dedicatoria:

Dedico esta monografa y todo el esfuerzo que conllev, a personas cruciales en mi vida que me han apoyado desde el principio. Estos seres tan queridos son mi madre y padre. A quienes les debo mi vida y la oportunidad de haber culminado estos seis aos de estudio.

Mario Andrs

iv

Agradecimiento:

Queremos dejar presente en esta monografa el mas sincero agradecimiento a todas las personas que hicieron posible la realizacin de este Proyecto, de manera especial al Ing. Pablo Rodas, quien de una manera desinteresada siempre nos brindo su ayuda y nos supo hacer caer en cuenta de los errores del proyecto para corregirlos. Tambin al Sr. Gustavo Parra por confiar en nuestra capacidad y responsabilidad para el culmen del proyecto.

Ronald y Mario

v

LOS MIEMBROS DEL TRIBUNAL DE CALIFICACIN Y SUSTENTACIN DE

LA MONOGRAFA

CERTIFICAN

Que la presente monografa ha sido revisada prolijamente y por lo tanto.

APROBADA

___________________

Presidente del Tribunal

_________________

Miembro del Tribunal

_________________

Miembro del Tribunal

Cuenca, 5 de junio del 2009

1 COLEGIO TCNICO SALESIANO

INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELCTRICAS


NDICE CAPITULO I: DUCHA (TEORA):

Introduccin...... 4

Conceptos Generales..... 5 1.1 Resistencia Elctrica 5

1.2 Efecto Joule...... 9

1.2.1 Aplicaciones del efecto Joule.11

1.3 Resistencia Calentadora.. 12

1.3.1 Resistencias Calentadoras Comerciales.....13

CAPITULO II: ELEMENTOS DEL CONTROL DE TEMPERATURA

2.1 Termistor... 16

2.1.1 Termistor NTC... 16

2.1.2 Termistor PTC... 19

2.2 Microcontroladores... 19

2.2.1 Introduccin... 20

2.2.2 Diferencia entre microprocesador y microcontrolador.. 21

2.2.3 Partes principales de un microcontrolador. 21

2.2.4 Recursos auxiliares 22

2.2.5 Familia PICs 16F87X.. 25

2.2.6 Distribucin de Terminales... 26

2.2.7 Consideraciones generales ... 28

2.2.8 Circuitera Externa Mnima.. 29

2.3 Pantalla LCD... 31

2.3.1 LCD 2x16. 34

2.4 Desarrollo del software 35




2.4.1 Mikro Basic. 37

2.4.2Proteus.. 38

2.4.3 WinPic800... 39

CAPITULO III: PRUEBAS:

Prueba 1. 40

Prueba 2. 41

Prueba 3. 44

CAPITULO IV: DESARROLLO DEL PROYECTO:

4.1 Termmetro digital. 49

4.2Disparador del TRIAC.. 51

4.3Circuito Angulo de disparo y termmetro digital. 57

4.4 Elaboracin del Circuito Impreso 60

CONCLUSIONES..... 63

RECOMENDACIONES.... 64

BIBLIOGRAFA: 65




CAPITULO I. DUCHA ELCTRICA (TEORA)




Introduccin.

Las duchas elctricas son unidades muy pequeas instaladas a poca distancia del lugar donde se requiere el agua caliente. Son alimentados con electricidad y se activan automticamente por flujo o manualmente con un interruptor. Su uso se reduce a unas pocas aplicaciones comerciales o domsticas.

Tienen un elevado consumo elctrico van desde 1500 a 5000 W. Solo tienen un uso prctico en pases de clima templado, dada su baja capacidad de calentamiento.

Podemos encontrar ejemplos de su uso instalados directamente a lavamanos o como las famosas duchas de punto, muy utilizadas en viviendas econmicas en pases de clima templado.

En su interior una ducha consta nicamente de una resistencia calentadora. Es el objetivo de este capitulo, dar a entender el la estructura y los principios de funcionamiento de este componente.

Ilustracin 1 Ducha Elctrica




Conceptos generales.

1.1 Resistencia Elctrica

Se denomina resistencia elctrica, R, de una sustancia, a la oposicin que encuentra la corriente elctrica para circular a travs de dicha sustancia. Su valor viene dado en ohmios, se designa con la letra griega omega mayscula (), y se mide con el hmetro.

Ilustracin 2 Smbolo tcnico de una resistencia elctrica

La razn por la cual se acord utilizar esa letra griega en lugar de la O del alfabeto latino fue para evitar que se confundiera con el nmero cero 0

Esta definicin es vlida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni capacitiva. De existir estos componentes reactivos, la oposicin presentada a la circulacin de corriente recibe el nombre de impedancia.

Segn sea la magnitud de esta oposicin, las sustancias se clasifican en conductoras, aislantes y semiconductoras. Existen adems ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenmeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prcticamente nulo.

El ohm se define como la resistencia que ofrece al paso de la corriente elctrica una columna de mercurio (Hg) de 106,3 cm de alto, con una seccin transversal de 1 mm2, a una temperatura de 0o Celsius.

De acuerdo con la Ley de Ohm, un ohm (1) es el valor que posee una resistencia elctrica cuando al conectarse a un circuito elctrico de un volt (1V) de tensin provoca un flujo de corriente de un amperio (1A). La frmula general de la Ley de Ohm es la siguiente:




La resistencia elctrica, por su parte, se identifica con el smbolo o letra (R) y la frmula para despejar su valor, derivada de la frmula general de la Ley de Ohm, es la siguiente:.

1.1.2 Calculo de la Resistencia Elctrica de un material al paso de corriente.

Para calcular la resistencia (R) que ofrece un material al paso de la corriente elctrica, es necesario conocer primero cul es el coeficiente de resistividad o resistencia especfica (rho) de dicho material, la longitud que posee y el rea de su seccin transversal.

A continuacin se muestra una tabla donde se puede conocer la resistencia especfica en mm2 / m, de algunos materiales, a una temperatura de 20 Celsius.

Tabla 1 Resistividad Especfica

Para realizar el clculo de la resistencia que ofrece un material al paso de la corriente elctrica, se utiliza la siguiente frmula:

De donde:

Material Resistividad ( mm2 / m ) a 20 CAluminio 0,028

Carbn 40

Cobre 0,0172

Constatan 0,489

Nicromo 1,5

Plata 0,0159

Platino 0,111

Plomo 0,205

Tungsteno 0,0549




R = Resistencia del material ().

= Coeficiente de resistividad o resistencia especfica del material en

, a una

temperatura dada.

l = Longitud del material en metros.

s = Superficie o rea transversal del material en mm2.

1.1.3 Como influye la temperatura en la resistencia del conductor.

La temperatura influye directamente en la resistencia que ofrece un conductor al paso de la corriente elctrica. A mayor temperatura la resistencia se incrementa, mientras que a menor

temperatura disminuye.

Sin embargo, tericamente toda la resistencia que ofrecen los metales al paso de la corriente elctrica debe desaparecer a una temperatura de 0 K (cero grado Kelvin), o "cero absoluto", equivalente a 273,16 C (grados Celsius), o 459,69 F (grados Fahrenheit), punto del termmetro donde se supone aparece la superconductividad o "resistencia cero" en los materiales conductores.

En el caso de los metales la resistencia es directamente proporcional a la temperatura, es decir si la temperatura aumenta la resistencia tambin aumenta y viceversa, si la temperatura disminuye la resistencia tambin disminuye; sin embargo, si hablamos de elementos semiconductores, como el silicio (Si) y el germanio (Ge), por ejemplo, ocurre todo lo contrario, pues en esos elementos la resistencia y la temperatura se comportan de forma inversamente proporcional, es decir, si una sube la otra baja su valor y viceversa.

Una resistencia ideal es un elemento pasivo que disipa energa en forma de calor segn la ley de Joule. Tambin establece una relacin de proporcionalidad entre la intensidad de corriente que la atraviesa y la tensin medible entre sus extremos, relacin conocida como ley de Ohm.




Ilustracin 3 Electrones dentro de un conductor

A.- Electrones fluyendo por un buen conductor elctrico, que ofrece baja resistencia. B.- Electrones fluyendo por un mal conductor elctrico, que ofrece alta resistencia a su paso. En ese caso los electrones chocan unos contra otros al no poder circular libremente y, como consecuencia, generan calor.

Normalmente los electrones tratan de circular por el circuito elctrico de una forma organizada, de acuerdo con la resistencia que encuentren a su paso. Mientras menor sea esa resistencia, mayor ser el orden de los electrones; pero cuando la resistencia es elevada, comienzan a chocar unos con otros y a liberar energa en forma de calor. Esa situacin hace que siempre se eleve la temperatura del conductor y que, adems, adquiera valores ms altos en el punto donde los electrones encuentren una mayor resistencia a su paso.

En general, una resistencia real podr tener diferente comportamiento en funcin del tipo de corriente que circule por ella.

Una resistencia real en corriente continua (CC) se comporta prcticamente de la misma forma que si fuera ideal, esto es, transformando la energa elctrica en calor.

La variacin de la temperatura produce una variacin en la resistencia. En la mayora de los metales aumenta su resistencia al aumentar la temperatura, por el contrario, en otros

elementos, como el carbono o el germanio la resistencia disminuye.

Como ya se coment, en algunos materiales la resistencia llega a desaparecer cuando la temperatura baja lo suficiente. En este caso se habla de superconductores.

Una resistencia disipa en calor una cantidad de potencia proporcional a la intensidad que la atraviesa y a la cada de tensin que aparece en sus bornes. Esto es P=V*I, aunque suele ser ms cmodo usar la ley de Joule.




Observando las dimensiones del cuerpo de la resistencia, las caractersticas de conductividad de calor del material que la forma y que la recubre, y el ambiente en el cual est pensado que opere, el fabricante calcula la potencia que es capaz de disipar cada resistencia como componente discreto, sin que el aumento de temperatura provoque su destruccin. Esta temperatura de fallo puede ser muy distinta segn los materiales que se estn usando. Esto es, una resistencia de 2W formada por un material que no soporte mucha temperatura, estar casi fra (y ser grande); pero formada por un material metlico, con recubrimiento cermico, podra alcanzar altas temperaturas (y podr ser mucho ms pequea).

El fabricante dar como dato el valor en vatios que puede disipar cada resistencia en cuestin. Este valor puede estar escrito en el cuerpo del componente o se tiene que deducir de comparar su tamao con los tamaos estndar y sus respectivas potencias. El tamao de las resistencias comunes, cuerpo cilndrico con 2 terminales, que aparecen en los aparatos elctricos domsticos suelen ser de 1/4 W, existiendo otros valores de potencias de comerciales de 1/2 W, 1 W, 2 W, etc.

Entre los metales que ofrecen mayor resistencia al paso de la corriente elctrica se encuentra el alambre nicromo (Ni-Cr), compuesto por una aleacin de 80% de nquel (Ni) y 20% de cromo (Cr). Ese es un tipo de alambre ampliamente utilizado como resistencia fija o como resistencia variable (restato), para regular la tensin o voltaje en diferentes dispositivos elctricos. Adems se utilizan tambin resistencias fijas de alambre nicromo de diferentes dimetros o grosores, para producir calor en equipos industriales, as como en electrodomsticos de uso muy generalizado.

Entre esos aparatos o quipos se encuentran las planchas, los calentadores o estufas elctricas utilizadas para calentar el ambiente de las habitaciones en invierno, los calentadores de agua, las secadoras de ropa, las secadoras para el pelo y la mayora de los aparatos elctricos cuya funcin principal es generar calor.

1.2 Efecto Joule

Si en un conductor circula corriente elctrica, parte de la energa cintica de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los tomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. Este efecto es conocido como Efecto




Joule en honor a su descubridor el fsico britnico James Prescott Joule, que lo estudi en la dcada de 1860.

Los slidos tienen generalmente una estructura cristalina, ocupando los tomos o molculas los vrtices de las celdas unitarias, y a veces tambin el centro de la celda o de sus caras. Cuando el cristal es sometido a una diferencia de potencial, los electrones son impulsados por el campo elctrico a travs del slido debiendo en su recorrido atravesar la intrincada red de tomos que lo forma. En su camino, los electrones chocan con estos tomos perdiendo parte de su energa cintica, que es cedida en forma de calor.

Este efecto fue definido de la siguiente manera: "La cantidad de energa calorfica producida por una corriente elctrica, depende directamente del cuadrado de la intensidad de la corriente, del tiempo que sta circula por el conductor y de la resistencia que opone el mismo al paso de la corriente". Matemticamente se expresa como

Donde:

Q = energa calorfica producida por la corriente

I = intensidad de la corriente que circula y se mide en amperios

R = resistencia elctrica del conductor y se mide en ohmios

t = tiempo el cual se mide en segundos

La resistencia es el componente que transforma la energa elctrica en energa calorfica, (por ejemplo un hornillo elctrico, una estufa elctrica, una plancha etc.).

Mediante la ley de Joule podemos determinar la cantidad de calor que es capaz de entregar una resistencia, esta cantidad de calor depender de la intensidad de corriente que por ella circule y de la cantidad de tiempo que est conectada, luego podemos enunciar la ley de Joule diciendo que la cantidad de calor desprendido por una resistencia es directamente proporcional a la intensidad de corriente a la diferencia de potencial y al tiempo.




En este efecto se basa el funcionamiento de diferentes electrodomsticos como los hornos, las tostadoras y las calefacciones elctricas, y algunos aparatos empleados industrialmente como soldadoras, etc., en los que el efecto til buscado es, precisamente, el calor que desprende el conductor por el paso de la corriente.

Sin embargo, en la mayora de las aplicaciones es un efecto indeseado y la razn por la que los aparatos elctricos y electrnicos necesitan un ventilador que disipe el calor generado y evite el calentamiento excesivo de los diferentes dispositivos.

1.2.1 Aplicaciones del efecto Joule

Todos los dispositivos elctricos que se utilizan para calentamiento se basan en el efecto Joule, es decir, estos aparato consisten esencialmente en una resistencia que se calienta al ser recorrida por la corriente.

Las lmparas de incandescencia (o de filamento incandescentes), como la lmpara de tungsteno, conocida comnmente como bombilla de luz, tambin constituyen una aplicacin del efecto Joule. Sus filamentos de tungsteno, que es un metal cuyo punto de fusin es muy elevado, al ser recorridos por una corriente elctrica, se calientan y pueden alcanzar altas temperaturas (casi 2500 C), volvindose incandescentes y emitiendo una gran cantidad de luz.

Otra aplicacin del efecto Joule se encuentra en la construccin de fusibles, elementos que se emplean para limitar la corriente que pasa por un circuito elctrico;

por ejemplo, en un automvil, una casa, un aparato electrodomstico, etc. Estos dispositivos estn constituidos por una tirilla metlica, generalmente de plomo, el cual tiene un punto de fusin bajo; de esta manera, cuando la corriente que pasa por el fusible sobrepasa cierto valor (el amperaje propio de cada fusible), el calor generado por el efecto Joule produce la fusin del elemento, interrumpiendo as el paso de corriente excesiva. Por ejemplo, en una casa a medida que se van conectando a la red elctrica varios aparatos, la corriente que entra a la casa a travs del fusible, se va volviendo cada vez mayor. Si no existiera el fusible y el nmero de aparatos conectados fuera muy grande, la corriente que circulara en la instalacin podra llegar a ser muy intensa. Esto producira un calentamiento indeseable, e




incluso peligroso, de los conductores. El fusible impide que esto suceda, porque al fundirse, interrumpe el paso de la corriente cuando alcanza un valor mayor que el lmite superior de seguridad.

En la actualidad, adems de los fusibles se emplean en las casas los llamados interruptores termo magnticos (automticos). En estos ltimos elementos, el calentamiento de un dispositivo bimetlico produce su dilatacin, haciendo que el circuito se abra.

El fusible y el interruptor automtico tambin protegen a un circuito elctrico cuando ocurre un cortocircuito. Este fenmeno se produce cuando por un motivo cualquiera, la resistencia conectada de un circuito se vuelve muy pequea, haciendo que la corriente alcance un valor muy intenso, lo cual hace que el fusible o interruptor abra el circuito, impidiendo que se produzcan efectos perjudiciales.

Como se puede observar el efecto Joule tiene muchas aplicaciones beneficiosas, en los que se requiere el calor que desprende un conductor por el paso de la corriente a travs de l. Sin embargo, en muchas otras aplicaciones es un efecto indeseado y la razn por la que los aparatos elctricos y electrnicos requieran de un ventilador que disipe el calor generado y evite el calentamiento excesivo de los diferentes dispositivos.

1.3 Resistencia Calentadora.

Las resistencias calentadoras convierten energa elctrica en calor. Procedimiento descubierto por James Prescott Joule cuando en 1841 al hacer circular corriente elctrica a travs de un conductor se liber calor por encontrar resistencia.

En la actualidad las resistencias calentadores se utilizan para infinidad de aplicaciones. La gran mayora de ellas son fabricadas con un alambre de una aleacin de nquel (80%) y cromo (20%). Esta aleacin soporta temperaturas muy altas (1000 C), es resistivo (condicin necesaria para generar calor), es muy resistente a los impactos y es inoxidable.




Como las usadas en cocinas elctricas, calentadores de agua, hornos elctricos o cafeteras. Aqu el alambre de nquel-cromo se cubre con cermica y despus se enchaqueta con cobre cromado o con Incoloy (nquel 45%, cromo 30%, hierro 22%, cobre 3%). La seleccin de la chaqueta depende del uso, el Incoloy es ms resistente al xido a temperaturas de 800 C, mientras que las enchaquetadas en cobre son generalmente para calentamiento de lquidos por inmersin.

1.3.1 Resistencias Calentadoras Comerciales.

Alambre de nquel-cromo

Se trata del fino alambre desnudo (sin ningn recubrimiento) como el usado en secadores de cabello o tostadoras de pan.

Resistencias Selladas

Resistencia calentadora chaqueta de cobre cromado para inmersin. Como las usadas en cocinas elctricas, calentadores de agua, hornos elctricos o cafeteras. Aqu el alambre de nquel-cromo se cubre con cermica y despus se enchaqueta con cobre cromado o con Incoloy (nquel 45%, cromo 30%, hierro 22%, cobre 3%). La seleccin de la chaqueta depende del uso, el Incoloy es ms resistente al xido a temperaturas de 800 C, mientras que las enchaquetadas en cobre son generalmente para calentamiento de lquidos por inmersin.

Lmparas de calor

Son lmparas diseadas para generar calor y no luz. Su filamento incandescente se mantiene a baja temperatura y si se evita producir luz dentro del espectro visible.

Resistencias cermicas

Son resistencias de coeficiente resistivo trmico positivo. La mayora de las cermicas tienen coeficiente resistivo negativo, mientras que los metales lo tienen

positivo.




Los metales aumentan un poco su resistencia al aumentar el calor, pero este tipo de cermicas no tienen una respuesta resistiva lineal al calor. Cuando esta resistencia pasa su umbral de temperatura pierde conductividad. Como resultado, son resistencias y a la vez termostatos, ya que permiten pasar corriente cundo estn fros pero dejan de conducir corriente al calentarse. Estas resistencias estn hechas de titanato de bario o titanato de plomo (BaTiO3 o PbTiO3).

Entre los usos de estos materiales estn las delgadas capas de pelcula de los vidrios traseros de los automviles que desempaan la condensacin.

Otros materiales

Existen muchos otros materiales exticos empleados para hacer resistencias calentadoras: platino, disiliciuro de molibdeno y el carburo de silicio. El carburo de silicio tiene un punto de fusin de 2730 C, lo usan los calentadores de gas para detectar la llama.

Ilustracin 4 Resistencia Calentadora




CAPITULO II. ELEMENTOS PARA EL CONTROL DE TEMPERATURA




Esquema general del control de temperatura

Ilustracin 5 Elementos del Controlador de Voltaje

2.1 Termistor

Un termistor es un semiconductor que vara el valor de su resistencia elctrica en funcin de la temperatura, su nombre proviene de Thermal Sensitive Resistor (Resistor sensible a la temperatura). Existen dos clases de termistores: NTC y PTC.

Principios Bsicos de Operacin del Termistor

Resistencia sensible a la temperatura

Semiconductor elaborado a base de xidos de metales.

Se fabrican Termistores con coeficientes positivos y negativos de temperatura.

Valores de resistencia de 2252 W a 10000 W a 25 0C.

Tienen un alcance hasta 300 0C.

Caractersticas del Termistor

Son muy exactos.

Son estables.

Alta resistencia y sensibilidad.

Estandarizacin entre vendedores.




Requieren de alimentacin.

Presentan auto calentamiento.

2.1.1 Termistor NTC

Un Termistor NTC (Negative Temperature Coefficient) es una resistencia variable cuyo valor va decreciendo a medida que aumenta la temperatura. Son resistencias de coeficiente de temperatura negativo, constituidas por un cuerpo semiconductor cuyo coeficiente de temperatura es elevado, es decir, su conductividad crece muy rpidamente con la temperatura.

Se emplean en su fabricacin xidos semiconductores de nquel, zinc, cobalto, etc. Los termistores son muy sensibles a la temperatura y de muy de alta resistencia de ah su relacin de resistencia vs. Temperatura. Se utilizan en muchos otros dispositivos de deteccin y correccin de temperatura, as como dispositivos especiales en las sondas de temperatura para el comercio, la ciencia y la industria.

Los termistores trabajan generalmente en un rango de temperatura relativamente pequea, en comparacin con otros sensores de temperatura, y pueden ser muy exactos y precisos dentro de ese rango.

Ilustracin 6 medidas estandarizadas de los NTC




La relacin entre la resistencia y la temperatura no es lineal, sino exponencial (no cumple la ley de Ohm). Dicha relacin cumple con la frmula siguiente:

. /

Donde:

A y B son constantes que dependen del resistor. La curva nos muestra esa variacin

La caracterstica tensin-intensidad (V/I) de un termistor NTC presenta un carcter peculiar ya que, cuando las corrientes que lo atraviesan son pequeas, el consumo de potencia (R * I2) ser demasiado pequeo para registrar aumentos apreciables de temperatura, o lo que es igual, descensos en su resistencia hmica; en esta parte de la

Ilustracin 7 Apariencia externa de los NTC

Ilustracin 8 curva de relacin entre resistencia y temperatura en el NTC




caracterstica, la relacin tensin-intensidad ser prcticamente lineal y en consecuencia cumplir la ley de Ohm.

Si seguimos aumentando la tensin aplicada al termistor, se llegar a un valor de intensidad en que la potencia consumida provocar aumentos de temperatura suficientemente grandes como para que la resistencia del termistor NTC disminuya apreciablemente, incrementndose la intensidad hasta que se establezca el equilibrio trmico. Ahora nos encontramos, pues, en una zona de resistencia negativa en la que disminuciones de tensin corresponden aumentos de intensidad.

2.1.2 Termistor PTC

Un termistor PTC (Positive Temperature Coefficient) es una resistencia variable cuyo valor va aumentando a medida que se incrementa la temperatura.

Los termistores PTC se utilizan en una gran variedad de aplicaciones: limitacin de corriente, sensor de temperatura, desmagnetizacin y para la proteccin contra el recalentamiento de equipos tales como motores elctricos. Tambin se utilizan en indicadores de nivel, para provocar retardos en circuitos, como termostatos, y como resistores de compensacin.

El termistor PTC pierde sus propiedades y puede comportarse eventualmente de una forma similar al termistor NTC si la temperatura llega a ser demasiado alta.

Las aplicaciones de un termistor PTC estn, por lo tanto, restringidas a un determinado margen de temperaturas.

Hasta un determinado valor de voltaje, la caracterstica I/V sigue la ley de Ohm, pero la resistencia aumenta cuando la corriente que pasa por el termistor PTC provoca un calentamiento y se alcanza la temperatura de conmutacin. La caracterstica I/V depende de la temperatura ambiente y del coeficiente de transferencia de calor con respecto a dicha temperatura ambiente.

2.2 Microcontroladores




2.2.1 Introduccin

Desde la invencin del circuito integrado, el desarrollo constante de la electrnica digital ha dado lugar a dispositivos cada vez ms complejos. Entre ellos los microprocesadores y los microcontroladores.

Los microcontroladores estn presentes en nuestro trabajo, en nuestra casa y en nuestra vida, en general. Se pueden encontrar controlando el funcionamiento de los ratones y teclados de los computadores, en los telfonos, en los hornos microondas y los televisores de nuestro hogar.

Una de las principales ventajas de los microcontroladores y microprocesadores al ser sistemas programables es su flexibilidad, lo que permite actualizar el funcionamiento de un sistema tan slo mediante el cambio del programa sin tener que volver a disear el hardware. Esta flexibilidad es muy importante, al permitir que los productos se actualicen con facilidad y economa.

Recibe el nombre de controlador el dispositivo que se emplea para el gobierno de uno o varios procesos. Aunque el concepto de controlador ha permanecido invariable a travs del tiempo, su implementacin fsica ha variado frecuentemente.

En la actualidad, todos los elementos del controlador se han podido incluir en un chip, el cual recibe el nombre de microcontrolador. Realmente consiste en un sencillo pero completo computador contenido en el corazn (chip) de un circuito integrado.

Un microcontrolador es un circuito integrado de alta escala de integracin que incorpora la mayor parte de los elementos que configuran un controlador.




Ilustracin 9 Apariencia fsica de un Microcontrolador

2.2.2 Diferencia entre microprocesador y microcontrolador.

El microprocesador es un circuito integrado que contiene la Unidad Central de Proceso (UCP), tambin llamada procesador, de un computador. La UCP est formada por la Unidad de Control, que interpreta las instrucciones, y el Camino de Datos, que las ejecuta.

Los pines de un microprocesador sacan al exterior las lneas de sus buses de direcciones, datos y control, para permitir conectarle con la Memoria y los Mdulos de E/S y configurar un computador implementado por varios circuitos integrados. Se dice que un microprocesador es un sistema abierto porque su configuracin es variable de acuerdo con la aplicacin a la que se destine.

Ilustracin 10 Diferencia entre un microprocesador y un microcontrolador




2.2.3 Partes principales de un microcontrolador.

Procesador._ Tambin conocido como CPU es el encargado de coordinar la operacin de todo el computador, es decir ejecucin de los programas, almacenamiento de informacin temporal y la comunicacin con los dispositivos de entrada y salida.

Memoria ROM. Se graba el chip durante su fabricacin, implica costos altos y de recomienda solo cuando se produce en serie.

Memoria EPROM. Se graba con un dispositivo que es gobernado mediante un computador personal, que recibe el nombre de grabador, y es reprogramable, se borra con luz ultra violeta (poco a poco entran en desuso)

Memoria OTP. Se graba por el usuario igual que la memoria EPROM, pero con la diferencia que la OTP se puede grabar una sola vez.

Memoria EEPROM. La grabacin es similar a la de las memorias EPROM y OTP, la diferencia radica en que el borrado se efecta de la misma forma que el grabado, es decir elctricamente.

Memoria FLASH. Posee las mismas caractersticas que la EEPROM, pero esta tiene menor consumo de energa y mayor capacidad de almacenamiento.

Memoria de lectura y escritura para guardar datos._ Algunos micro controladores manejan la memoria RAM esttica (SRAM), otros disponen de una memoria de datos tipo EEPROM, de esta forma, un corte en el suministro de alimentacin no ocasiona a perdida de la informacin y por ende, est disponible al reiniciarse el programa.

Lneas de E/S para controladores de perifricos:

- Comunicacin por puerto Paralelo.

- Comunicacin por puerto Serial. - Diversas puertas de comunicacin.




2.2.4 Recursos auxiliares:

Temporizadores o "Timers". Perro guardin o "Watchdog". Proteccin ante fallo de alimentacin o "Brownout". Estado de reposo o de bajo consumo. Conversor A/D. Conversor D/A. Comparador analgico. Modulador de anchura de impulsos o PWM. Puertas de E/S digitales. Puertas de comunicacin.

Temporizadores (Timers). Se emplean para controlar periodos de tiempo y para llevar la cuenta de acontecimientos que suceden en el exterior (contadores).

Para la medida de tiempos se carga un registro con el valor adecuado y a continuacin dicho valor se va incrementando o decrementando al ritmo de los impulsos de reloj o algn mltiplo hasta que se desborde y llegue a 0, momento en el que se produce un aviso.

Perro guardin (Watchdog). El Perro guardin consiste en un temporizador que, cuando se desborda y pasa por 0, provoca un reset automticamente en el sistema.

Se debe disear el programa de trabajo que controla la tarea de forma que refresque o inicialice al Perro guardin antes de que provoque el reset. Si falla el programa o se bloquea, no se refrescar al Perro guardin y, al completar su temporizacin, provocara el reset.

Proteccin ante fallo de alimentacin (Brownout). Se trata de un circuito que resetea al microcontrolador cuando el voltaje de alimentacin (VDD) es inferior a un voltaje mnimo (brownout). Mientras el voltaje de alimentacin sea inferior al de brownout el dispositivo se mantiene reseteado, comenzando a funcionar normalmente cuando sobrepasa dicho valor.




Estado de reposo de bajo consumo. Son abundantes las situaciones reales de trabajo en que el microcontrolador debe esperar, sin hacer nada, a que se produzca algn acontecimiento externo que le ponga de nuevo en funcionamiento. Para ahorrar energa, (factor clave en los aparatos porttiles), los micro controladores disponen de una instruccin especial (SLEEP en los PIC), que les pasa al estado de reposo o de bajo consumo, en el cual los requerimientos de potencia son mnimos. En dicho estado se detiene el reloj principal y se "congelan" sus circuitos asociados, quedando sumido en un estado de reposo. Al activarse una interrupcin ocasionada por el acontecimiento esperado, el microcontrolador se despierta y reanuda su trabajo.

Conversor A/D (CAD). Los microcontroladores que incorporan un Conversor A/D (Analgico/Digital) pueden procesar seales analgicas, tan abundantes en sus aplicaciones. Suelen disponer de un multiplexor que permite aplicar a la entrada del CAD diversas seales analgicas desde los pines del circuito integrado.

Conversor D/A (CDA). Transforma los datos digitales obtenidos del procesamiento del computador en su correspondiente seal analgica que saca al exterior por uno de los pines del integrado.

Comparador analgico. Algunos modelos de micro controladores disponen internamente de un Amplificador Operacional que acta como comparador entre una seal fija de referencia y otra variable que se aplica por uno de los pines del integrado. La salida del comparador proporciona un nivel lgico 1 0 segn una seal sea mayor o menor que la otra.

Modulador de anchura de impulsos (PWM). Son circuitos que proporcionan en su salida impulsos de anchura variable, que se ofrecen al exterior a travs de los pines del integrado.

Puertos de E/S digitales. Todos los microcontroladores destinan algunos de sus pines a soportar lneas de E/S digitales. Por lo general, estas lneas se agrupan de ocho en ocho formando Puertos.




Las lneas digitales de los Puertos pueden configurarse como Entrada o como Salida cargando un 1 un 0 en el bit correspondiente de un registro destinado a su configuracin.

Puertos de comunicacin. Con objeto de dotar al microcontrolador de la posibilidad de comunicarse con otros dispositivos externos, otros buses de microprocesadores, buses de sistemas, buses de redes y poder adaptarlos con otros elementos bajo otras normas y protocolos. Algunos modelos disponen de recursos que permiten directamente esta tarea, entre los que destacan:

UART, adaptador de comunicacin serie asncrona.

USART, adaptador de comunicacin serie sncrona y asncrona

USB (Universal Serial Bus), que es un moderno bus serie para los PC. CAN (Controller Area Network), para permitir la adaptacin con redes de

conexionado multiplexado.

2.2.5 Familia Pics 16F87X

Los PIC16F87X son una familia de microcontroladores PIC, que es la versin mejorada del PIC16F84. Consta de los siguientes modelos que varan de acuerdo a prestaciones, cantidad de terminales y encapsulados.

PIC 16F871

PIC16F873

PIC16F874

PIC16F876

PIC16F877

Esta familia es de las que poseen memoria tipo Flash, lo que nos permite reprogramarlos las veces que sea necesario sin necesidad de usar ningn otro dispositivo ms que el propio programador. Este aspecto es muy importante a la hora del diseo de un dispositivo para evitar prdida de tiempo en borrar los microcontroladores y volver a programarlos.




Caractersticas Principales: Las caractersticas principales que hacen de esta familia un poco ms potente que otras son:

Conversor Analgico/Digital de 10 bits

Set de 35 instrucciones

3 Temporizadores + Watchdog Timer o Perro Guardin

2 mdulos PWM

Protocolos de Comunicaciones USART, PSP

2.2.6 Distribucin de Terminales

En las Figuras a continuacin se ven los distintos encapsulados en que vienen los diferentes modelos pertenecientes a esta familia. Cada uno de esos pines o terminales tienen ms de un uso dependiendo de como se los configure excepto los terminales VDD y VSS que son los encargados de alimentar a estos microcontroladores.

Ilustracin 11 PIC16F576A/873A





Ilustracin 13 PIC16F87A7/874A





Ilustracin 15 PIC 16F877A/874A




2.2.7 Consideraciones generales

El set de instrucciones de estos microcontroladores es reducido, con lo que facilita la programacin de los mismos. Para la familia de los 16F87X existen 35 instrucciones, con las que se puede hacer lo mismo o ms que con esos antiguos microprocesadores de 105 instrucciones. Para la programacin de estos dispositivos se pueden elegir varios lenguajes, por ejemplo ensamblador, C, Basic, etc.

Los microcontroladores tienen un espacio de memoria que vara segn las familias y segn el modelo dentro de cada familia. Es all donde se guarda el programa que creamos. Dado que el microcontrolador solo interpreta lenguaje de mquina, es decir, estados lgicos de 1 0, sera por dems de complicado programar con este lenguaje; es por eso que existe un compilador, que transforma el ensamblador que escribimos en lenguaje entendible por el microcontrolador.

Una vez compilado el programa escrito, tenemos el archivo hexadecimal con el cual se programa al microcontrolador, para esto es necesario una interfaz programadora capaz de entender los datos hexadecimales que la computadora (PC) entrega y pasarlos al microcontrolador.

Para crear el ensamblador es necesario ya tener pensado y diagramado lo que necesitemos que haga el microcontrolador ; para esto usaremos bosquejos de circuitos, diagramas de flujo, pseudo-cdigo, modelos matemticos, y toda clase de observaciones relevantes para el correcto funcionamiento y desempeo del microcontrolador. Una vez diagramada la funcin del microcontrolador, solo nos resta disear el circuito externo con todos los detalles y escribir el programa.

2.2.8 Circuitera Externa Mnima

El circuito externo necesario para que el microcontrolador sea capaz de leer el programa grabado en l, solo necesita dos aspectos fundamentales: el reloj y la alimentacin, lo dems se coloca a medida que necesitemos entradas y/o salidas adecuando cada una de ellas con circuitera externa.




El reloj se usa para darle una base de tiempo al microcontrolador, se puede usar una resistencia y un condensador o algo ms confiable como un cristal de cuarzo piezoelctrico (algunos modelos de microcontroladores tienen relojes internos incorporados, pero son de otras familias). Usando cristales podemos estar seguros de la frecuencia de oscilacin del microcontrolador, lo cual es til para calcular tiempos de ejecuciones de las instrucciones, temporizaciones precisas, etc.

Todos los PIC de la familia 16F87X tienen dos terminales llamados OSC1 y OSC2, en ellos van conectados los terminales del cristal; a su vez, se conectan dos capacitores entre masa y estos terminales, para completar el circuito de oscilacin.

En cuanto a la alimentacin, esta no debe superar los 5 V 5% y se debe tener en cuenta que existe un terminal llamado MCLR (master-clear o reset), que debe estar con valor lgico 1 para que el microcontrolador pueda leer el programa.

Con estas consideraciones de la circuitera externa indispensable estamos en condiciones de ya, por lo menos, asegurarnos que el C ejecutar el programa que grabamos en l.

2.2.8.1 El Reloj

Los PIC 16F87X disponen de un ciclo de instruccin igual a cuatro ciclos del reloj principal, es decir que si tenemos un programa de 1000 instrucciones y un cristal de 10 MHz. El tiempo que le demandar al microcontrolador leer y ejecutar todo el programa (asumiendo que todas las instrucciones tardan un ciclo de instruccin) es de 400 s, pues:.




Dependiendo del modelo especfico del microcontrolador, se tiene una frecuencia mxima de trabajo. En la familia 16F87X la mxima frecuencia del reloj externo es de 20 MHz. es decir que el tiempo mnimo necesario para leer y ejecutar cada instruccin es de 200 ns.

Un ciclo de instruccin equivale a 4 ciclos de reloj. Esto es porque con el primer ciclo de reloj el microcontrolador busca en su memoria a la instruccin a leer, en el segundo ciclo se carga en la memoria principal, el tercer ciclo es el encargado de ejecutarla propiamente dicho y el ultimo y cuarto ciclo limpia la memoria para volver a buscar la siguiente instruccin y as sucesivamente.

2.2.8.2 La alimentacin

Los microcontroladores de la familia 16F87X se alimentan con 5 VCC pero con 3,5 Voltios tambin funcionan consumiendo un poco ms de corriente. La corriente mxima que puede circular por el terminal VDD (donde se conecta el positivo de la fuente de 5 V) es de 250 mA y por cada salida no se debe hacer circular ms de 25 mA.

Dado que la capacidad de entregar corriente del microcontrolador es bastante reducida, se suelen usar transistores o rels para comandar circuitos o artefactos de potencia. La potencia que puede disipar como mximo el microcontrolador es de 1W y se calcula mediante la siguiente formula:

Donde:

VDD es la tensin suministrada por la fuente de alimentacin.

IOH es la corriente suministrada por las salidas del PIC en estado alto.

IOL es la corriente absorbida por las salidas del PIC en estado bajo. VOH es la tensin entregada por los terminales en estado alto.

VOL es la tensin presente en los terminales en estado bajo.




2.2.8.3 Circuito de Reset Externo

Los microcontroladores tienen un terminal llamado MCLR o master-clear el cual debe estar en 1 lgico para que se lean y ejecuten las instrucciones. En esta parte describiremos como resetear a los microcontroladores, es decir hacer que empiece a leer el programa grabado en ellos desde el principio.

2.3 Pantallas LCD

Una pantalla de cristal lquido o LCD (acrnimo del ingls Liquid Crystal Display) es una pantalla delgada y plana formada por un nmero de pxeles en color o monocromos colocados delante de una fuente de luz o reflectora. A menudo se utiliza en dispositivos electrnicos de pilas, ya que utiliza cantidades muy pequeas de energa elctrica.

Cada pxel de un LCD tpicamente consiste de una capa de molculas alineadas entre dos electrodos transparentes, y dos filtros de polarizacin, los ejes de transmisin de cada uno que estn (en la mayora de los casos) perpendiculares entre s. Sin cristal lquido entre el filtro polarizante, la luz que pasa por el primer filtro sera bloqueada por el segundo polarizador.

La superficie de los electrodos que estn en contacto con los materiales de cristal lquido es tratada a fin de ajustar las molculas de cristal lquido en una direccin en particular.

Antes de la aplicacin de un campo elctrico, la orientacin de las molculas de cristal lquido est determinada por la adaptacin a las superficies. En un dispositivo twisted nematic, TN (uno de los dispositivos ms comunes entre los de cristal lquido), las direcciones de alineacin de la superficie de los dos electrodos son perpendiculares entre s, y as se organizan las molculas en una estructura helicoidal, o retorcida. Debido a que el material es de cristal lquido , la luz que pasa a travs de un filtro polarizante se gira por la hlice de cristal lquido que pasa a travs de la capa de cristal lquido, lo que le permite pasar por el segundo filtro




polarizado. La mitad de la luz incidente es absorbida por el primer filtro polarizante, pero por lo dems todo el montaje es transparente.

Cuando se aplica un voltaje a travs de los electrodos, una fuerza de giro orienta las molculas de cristal lquido paralelas al campo elctrico, que distorsiona la estructura helicoidal (esto se puede resistir gracias a las fuerzas elsticas desde que las molculas estn limitadas a las superficies). Esto reduce la rotacin de la polarizacin de la luz incidente, y el dispositivo aparece gris. Si la tensin aplicada es lo suficientemente grande, las molculas de cristal lquido en el centro de la capa son casi completamente desenrolladas y la polarizacin de la luz incidente no es rotada ya que pasa a travs de la capa de cristal lquido. Esta luz ser principalmente polarizada perpendicular al segundo filtro, y por eso ser bloqueada y el pixel aparecer negro. Por el control de la tensin aplicada a travs de la capa de cristal lquido en cada pxel, la luz se puede permitir pasar a travs de distintas cantidades, constituyndose los diferentes tonos de gris.

El efecto ptico de un dispositivo twisted nematic (TN) en el estado del voltaje es mucho menos dependiente de las variaciones de espesor del dispositivo que en el estado del voltaje de compensacin. Debido a esto, estos dispositivos suelen usarse entre polarizadores cruzados de tal manera que parecen brillantes sin tensin (el ojo es mucho ms sensible a las variaciones en el estado oscuro que en el brillante). Estos dispositivos tambin pueden funcionar en paralelo entre polarizadores, en cuyo caso la luz y la oscuridad son estados invertidos. La tensin de compensacin en el estado oscuro de esta configuracin aparece enrojecida debido a las pequeas variaciones de espesor en todo el dispositivo. Tanto el material del cristal lquido como el de la capa de alineacin contienen compuestos inicos. Si un campo elctrico de una determinada polaridad se aplica durante un perodo prolongado, este material inico es atrado hacia la superficie y se degrada el rendimiento del dispositivo. Esto se intenta evitar, ya sea mediante la aplicacin de una corriente alterna o por inversin de la polaridad del campo elctrico que est dirigida al dispositivo (la respuesta de la capa de cristal lquido es idntica, independientemente de la polaridad de los campos aplicados)




Cuando un dispositivo requiere un gran nmero de pxeles, no es viable conducir cada dispositivo directamente, as cada pxel requiere un nmero de electrodos independiente. En cambio, la pantalla es multiplexada. En una pantalla multiplexada, los electrodos de la parte lateral de la pantalla se agrupan junto con los cables (normalmente en columnas), y cada grupo tiene su propia fuente de voltaje. Por otro lado, los electrodos tambin se agrupan (normalmente en filas), en donde cada grupo obtiene una tensin de sumidero. Los grupos se han diseado de manera que cada pxel tiene una combinacin nica y dedicada de fuentes y sumideros. Los circuitos electrnicos o el software que los controla, activa los sumideros en secuencia y controla las fuentes de los pxeles de cada sumidero.

2.3.1 LCD 2x16

La pantalla de cristal liquido o LCD (Liquid Crystal Display) es un dispositivo micro controlado de visualizacin grafico para la presentacin de caracteres, smbolos o incluso dibujos (en algunos modelos), es este caso dispone de 2 filas de 16 caracteres cada una y cada carcter dispone de una matriz de 5x7 puntos (pixels), aunque los hay de otro nmero de filas y caracteres. Este dispositivo esta gobernado internamente por un microcontrolador Hitachi 44780 y regula todos los parmetros de presentacin, este modelo es el mas comnmente usado y esta informacin se basar en el manejo de este u otro LCD compatible.

Ilustracin 16 LCD 2x16

2.3.1.1 Caractersticas principales

Pantalla de caracteres ASCII, adems de los caracteres Kanji y Griegos. Desplazamiento de los caracteres hacia la izquierda o la derecha.

Proporciona la direccin de la posicin absoluta o relativa del carcter.




Memoria de 40 caracteres por lnea de pantalla.

Movimiento del cursor y cambio de su aspecto.

Permite que el usuario pueda programar 8 caracteres.

Conexin a un procesador usando un interfaz de 4 u 8 bits

2.3.1.2 Funcionamiento

Para comunicarse con la pantalla LCD podemos hacerlo por medio de sus pines de entrada de dos maneras posibles, con bus de 4 bits o con bus de 8 bits, este ultimo es el que explicare y la rutina tambin ser para este. En la siguiente figura vemos las dos maneras posibles de conexionar el LCD con un pic16F84.

Ilustracin 17 Conexin con bus de 4 bits




Ilustracin 18 Conexin con bus de 8 bits

Como puede apreciarse el control de contraste se realiza al dividir la alimentacin de 5V con una resistencia variable de 10K.

2.4 Desarrollo del software.

Ensamblador. La programacin en lenguaje ensamblador puede resultar un tanto ardua para el principiante, pero permite desarrollar programas muy eficientes, ya que otorga al programador el dominio absoluto del sistema. Los fabricantes suelen proporcionar el programa ensamblador de forma gratuita y en cualquier caso siempre se puede encontrar una versin gratuita para los microcontroladores ms populares.

Compilador. La programacin en un lenguaje de alto nivel (como el C el Basic) permite disminuir el tiempo de desarrollo de un producto. No obstante, si no se programa con cuidado, el cdigo resultante puede ser mucho ms ineficiente que el programado en ensamblador. Las versiones ms potentes suelen ser muy caras, aunque para los microcontroladores ms populares pueden encontrarse versiones demo limitadas e incluso compiladores gratuitos.




Depuracin._ Debido a que los microcontroladores van a controlar dispositivos fsicos, los desarrolladores necesitan herramientas que les permitan comprobar el buen funcionamiento del microcontrolador cuando es conectado al resto de circuitos.

Simulador._ Son capaces de ejecutar en un PC programas realizados para el microcontrolador. Los simuladores permiten tener un control absoluto sobre la ejecucin de un programa, siendo ideales para la depuracin de los mismos. Su gran inconveniente es que es difcil simular la entrada y salida de datos del microcontrolador. Tampoco cuentan con los posibles ruidos en las entradas, pero, al menos, permiten el paso fsico de la implementacin de un modo ms seguro y menos costoso.

2.4.1 Mikro Basic

Una de las razones para que los microcontroladores de Microchip sean tan populares, es la gran variedad de herramientas que se dispone para realizar aplicaciones con ellos. Entre estas herramientas se tiene a MikroBasic, que es un lenguaje de programacin basado en el popular lenguaje Basic, pero se encuentra orientado a los microcontroladores de Microchip.

Si bien es cierto existen otros programas como MpLab, PicBasic, HiTech, CPic, etc., que tambin pueden ser utilizados para la programacin de microcontroladores, MikroBasic ofrece no solo un lenguaje amigable y fcil de utilizar, sino tambin una amplia variedad de libreras, que permiten controlar de una forma extremadamente sencilla todos los perifricos del microcontrolador as como tambin perifricos externos tales como pantallas LCD sencillas y graficas. Adicionalmente MikroBasic ofrece un entorna grafico de programacin con varias herramientas que facilitan la creacin y prueba de aplicaciones de cualquier tipo.

2.4.2Proteus

Proteus es un entorno integrado diseado para la realizacin completa de proyectos de construccin de equipos electrnicos en todas sus etapas: diseo, simulacin, depuracin y construccin.




2.4.2.1 Principales caractersticas del sistema PROTEUS.

Entorno de diseo grfico de esquemas electrnicos (ISIS) extremadamente fcil de utilizar y dotado de poderosas herramientas para facilitar el trabajo del diseador.

Entorno de simulacin prospice mixto entre el estndar SPICE3F5 y la tecnologa exclusiva de Proteus de Modelacin de Sistemas Virtuales (VSM)

Entorno de diseo de placas de circuito impreso (ARES) de ultra-altas prestaciones con bases de datos de 32 bits, posicionador automtico de elementos y generacin automtica de pistas con tecnologas de autocorte y regeneracin.

Moderno y atractivo interface de usuario estandarizado a lo largo de todas las herramientas que componen el entorno PROTEUS.

La mayor parte de los mdulos que componen PROTEUS han sido escritos por el mismo equipo, garantizando al mximo nivel posible la compatibilidad e inter-operatividad de todas las herramientas que componen el entorno PROTEUS, asegurando su estabilidad al mximo.

Ejecutable en los diferentes entornos Windows: 98, Me, 2000, XP. Herramienta de mximas prestaciones, basadas en los ms de 15 aos de

continuo desarrollo y presencia en el mercado.

Miles de instalaciones vendidas en ms de 35 pases a todo lo largo del mundo.

2.4.3 WinPic800

Este programador es del tipo serial/paralelo, soporta las series de PICs 16F, 18F, y algunos dsPICs. Viene con el cdigo fuente. Hay muchos grabadores de PIC y el que vamos a usar el ms popular y de bajo coste llamado JDM.




Cualquier programa que hagamos en el cdigo fuente en ensamblador (ASM), lo compilamos y transformamos en un archivo .hex que es el que vamos a grabar con el WinPic800 al PIC 16F84A a travs del TE20x.

Ilustracin 19 Grabacin en el PIC

Ilustracin 20 Procesos de la elaboracin de un sistema microcontrolado

Compilador PIC

Archivo HEX

Programador

WinPic800

Grabacion al PIC




CAPITULO III. PRUEBAS




Prueba N1

Aislamiento en la NTC.

Construccin.

Debido a que el agua conduce la corriente elctrica, es necesario que en la construccin del proyecto se aslen los terminales de la NTC.

Como primera parte de la prueba procedimos a cubrir los terminales de la NTC con pintura anticorrosiva utilizada en construcciones industriales, obteniendo un muy buen aislamiento elctrico, pero con el gran inconveniente de que el la pintura anticorrosiva no soporto las elevadas temperaturas a las cuales le sometimos dentro del agua.

Con el inconveniente ya mencionado anteriormente, buscamos un material que presente las caractersticas de ser un buen aislante elctrico y de resistir las altas temperaturas en el agua a la cual va a ser sometida la NTC.

Para la siguiente parte de la prueba utilizamos Silicn de PVC, utilizado para el recubrimiento de los mltiples de escape de los automviles, que est expuesto a elevadas temperaturas. Soldamos con estao dos cables a los terminales de la NTC, y luego procedimos a recubrirlos con Silicn de PVC, tratando de darle forma de encapsulado para el mejor manejo de dicho elemento en pruebas posteriores.

Ilustracin 21 Aislamiento de la NTC




Anlisis de resultados.

La NTC recubierta con SILICN DE PVC, al ser sumergida en agua a altas temperaturas, presento un ptimo asilamiento elctrico entre los terminales de la NTC, y una alta resistencia trmica en el agua, llegando a la conclusin de que este es el material ideal para el recubrimiento de la NTC.

Prueba N 2

Relacin entre resistencia en la NTC y temperatura.

Para esta prueba debemos relacionar la resistencia, con la temperatura; con el objetivo de obtener un valor constante que justifique esta relacin.

Esta constante nos ser de mucha ayuda al momento de programar el PIC en puntos posteriores.

Para esta prueba requerimos de:

Multimetro en funcin de hmetro. Termmetro de mercurio.

Ilustracin 22 Termmetro de Mercurio

Recipiente contenedor para el agua en calentamiento.

El NTC previamente aislado.




Ilustracin 23 Proceso de Pruebas

Resultados.

Al revisar los resultados nos damos cuenta que mientras aumenta la temperatura, la resistencia del NTC disminuye. Esta relacin produce una curva que podemos observar en la Ilustracin 24.

INSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUI


COLEGIO TCNICO SALESIANOINSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUI




Tabla 2 Relacin Temperatura

Ilustracin

TEMPERATURA [C

19

22

32

34

40

45

50

55

63

65

69

71

75

80

83

85

88

90

91



Relacin Temperatura

Ilustracin 24 Resultados de la Prueba N 2

TEMPERATURA [C]19

22

32

34

40

45

50

55

63

65

69

71

75

80

83

85

88

90

91

COLEGIO TCNICO SALESIANOINSTALACIONES, EQUIPOS Y MAQUINAS ELCTRICAS


Relacin Temperatura-Resistencia

Resultados de la Prueba N 2

RESISTENCIA [k

63,6

61,3

39,1

36,1

26,5

21

16,7

14,3

10,3

9,6

8

7,1

6,3

5,3

4,9

4,3

4

3,5

3,2

COLEGIO TCNICO SALESIANO NAS ELCTRICAS


Resistencia

Resultados de la Prueba N 2

RESISTENCIA [k]63,6

61,3

39,1

36,1

26,5

21

16,7

14,3

10,3

9,6

7,1

6,3

5,3

4,9

4,3

3,5

3,2

NAS ELCTRICAS


44





Prueba N 3

Relacin entre la Resistencia del NTC y el valor de salida del ADC.

Al realizar esta prueba encontraremos una relacin constante, la cual nos servir para realizar el software de nuestro termmetro digital, esta constante se la llamara escala de transformacin.

Para el desarrollo de esta prueba necesitaremos de:

Circuito ADC.

NTC previamente aislado

Ilustracin 25 Desarrollo de la Prueba N 3

Al finalizar la prueba obtenemos los resultados mostrados en la Tabla 3, con estos resultados construimos su grafica correspondiente obteniendo una recta como se muestra en la Ilustracin 26.




TEMPERATURA [C] ADC 21 10

23 11

27 12

29 13

32 14

33 15

38 16

40 17

41 18

44 19

46 20

49 21

51 22

54 23

56 24

59 25

61 26

64 27

66 28

69 29

72 30

74 31

75 32

77 33

80 34

84 35

87 36

90 37

Tabla 3 Relacin Temperatura-ADC



Realizando los respectivos clculos obtuvimos que la relacin de la grafica a:



Realizando los respectivos clculos obtuvimos que la relacin de la grafica



Ilustracin




Ilustracin 26 Resultado de la Prueba N 3




Resultado de la Prueba N 3




Resultado de la Prueba N 3


NAS ELCTRICAS



47


Realizando los respectivos clculos obtuvimos que la relacin de la grafica es igual




CAPITULO IV. DESARROLLO DEL PROYECTO




4.1Termmetro digital.

Este termmetro a desarrollar nos servir para censar la temperatura del agua a la salida de nuestra ducha elctrica, para poder hacer posteriormente el control de temperatura, controlando el voltaje en la niquelina.

Elaboracin del Software

Para realizar el software de nuestro termmetro digital es necesario utilizar la constante de conversin determinada en la Prueba N3. El programa va a ser desarrollado en Mikrobasic para posteriormente ser implementado en el microcontrolador utilizando WinPic800. El programa del termmetro digital es el siguiente:

program TERMMETRO

const ESCALA as float = 8.05 'constante de conversin

dim AUX as byte

dim VOLTAJE as word ' Esta variable es de tipo word debido a que

el conversor A/D puede entregar hasta 1024

valores diferentes

dim DISP as char[4] ' Esta variable contendr el valor

' del voltaje actual pero en la forma de

caracteres

main:

'****************************************************************

INICIALIZACIN DE PUERTOS Y PERIFRICOS

'****************************************************************

ADCON1 = %10001110 ' Programa justificacin derecha y solo el RA0 como

' entrada analgica el resto de lneas (PORTA y

' PORTE) son digitales

TRISD = %00000000 ' Configura PORTD todo como salida




Lcd_Init(PORTD) ' Configura PORTD para controlar la LCD

Lcd_Out(1,4,"TERMOMETRO") ' Escribe el mensaje en la fila 1

' y la columna 4

Lcd_Out(2,1,"Temp:") ' Escribe el mensaje en la fila 2

' y la columna 1

Lcd_Cmd(Lcd_Cursor_Off) ' Apaga el cursor

AUX = 0

VOLTAJE = 0

'***************************************************************

' PROGRAMA PRINCIPAL

'***************************************************************

while true

delay_ms(500) ' retrasa 500ms la repeticin del bucle

VOLTAJE = Adc_Read(0) ' Lee el valor del canal cero

AUX = VOLTAJE div ESCALA ' Hace la transformacin de escala entre

' los 1024 valores del conversor y los 51

valores del voltmetro 0.0V a 5.0V

ByteToStr(AUX,DISP) ' Transforma el valor decimal "AUX" en un

' cadena de caracteres

Lcd_Out(2,13,DISP) ' Escribe el valor en forma de texto de la

' variable DISP1

wend

end.

Para ver si el programa esta bien realizado vamos a utilizar Proteus que es un simulador de aplicaciones micro controladas. Los datos de temperatura en el agua a la salida de la ducha elctrica, van a ser censados por la NTC desarrolladla en la




Prueba N1, la NTC esta conectada a un circuito partidor de tensin, para poder tener un dato de voltaje que ser convertido en el programa a una temperatura, El valor de temperatura obtenido va a ser mostrado en un LCD de 2x16, el microcontrolador a utilizar es el 16F871 con un cristal de 20MHz.

El sensor de temperatura utilizado ser el termistor NTC, ya explicado en el Capitulo I, y utilizado en la prueba # 1 del Capitulo II.

A continuacin se muestra el circuito del termmetro digital:

Ilustracin 27 Circuito del termmetro digital

Efectivamente pudimos comprobar la efectividad de nuestro termmetro digital, al realizar comparaciones en agua y en el ambiente con el termmetro de mercurio (ilustracin 22), en esta comparacin obtuvimos un margen de error de 2C.

4.2 Disparador del TRIAC

Este circuito nos permitir detectar los cruces por cero para poder disparar el TRIAC con un control de ngulo, en un rango que ira de cruce a cruce, es decir de 0 a 180.

R210k

RESETS1

RA0/AN02RA1/AN13RA2/AN2/VREF-/CVREF4

RA4/T0CKI/C1OUT6RA5/AN4/SS/C2OUT7

RE0/AN5/RD8RE1/AN6/WR9RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP2 16RC2/CCP1 17

RC3/SCK/SCL 18

RD0/PSP0 19RD1/PSP1 20

RB7/PGD 40RB6/PGC 39

RB5 38RB4 37

RB3/PGM 36RB2 35RB1 34

RB0/INT 33

RD7/PSP7 30RD6/PSP6 29RD5/PSP5 28RD4/PSP4 27RD3/PSP3 22RD2/PSP2 21

RC7/RX/DT 26RC6/TX/CK 25

RC5/SDO 24RC4/SDI/SDA 23

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F871A

D714

D613

D512

D411

D310

D29

D18

D07

E6

RW5

RS4

VSS

1VD

D2

VEE

3

LCD1LM016L

R110k

-tcNTC

47k




4.2.1 Elaboracin del Software.

Para la realizacin de este circuito utilizaremos las interrupciones del microcontrolador, con el fin de detectar los cruces por cero y abrir un puerto del microcontrolador durante 10us y apagarlo nuevamente.

program Disparador

symbol PWM = PORTB.3

const retardo as byte=10

const Divisor as byte=4

Dim ciclos, util, angulo as byte

dim txt as string[3]

sub procedure interrupt

if TestBit(INTCON,INTF) then

if OPTION_REG.INTEDG=0 then

OPTION_REG.INTEDG=1 ' detecta flancos bajada

else

OPTION_REG.INTEDG=0 ' flancos de subida

end if

setbit(T2CON,TMR2ON) ' prendo

ClearBit(INTCON,INTF)

end if

if TestBit(PIR1,TMR2IF) = 1 then ' Pregunta si el causante de la

inc(ciclos) ' interrupcin fue el TIMER2

if ciclos=0 then

PWm=0

end if




if ciclos=angulo then

PWM=1

util=angulo+3

end if

if ciclos=util then

PWm=0

end if

if ciclos=255 then

Clearbit(T2CON,TMR2ON) ' apago timer 2

end if

PR2=150

ClearBit(PIR1,TMR2IF) ' Limpia bandera de interrupcin del TIMER2

end if

end sub

main:

'**************************************************************

' INICIALIZACIN DE PUERTOS Y PERIFRICOS

'**************************************************************

'Habilitacion de interrupciones

SetBit(PIE1,TMR2IE) ' Habilita interrupcin por TIMER2

SetBit(INTCON,PEIE) ' Habilita interrupcin por perifricos

SetBit(INTCON,GIE) ' Habilita interrupciones globales

SetBit(INTCON,INTE) ' Habilita INT externa RB0

OPTION_REG.INTEDG=1 ' flancos de subida

'configuracin del timer 2

T2CON = %00000000 ' Programa modo TIMER (reloj interno) con

' prescaler de 1:1 postscaler 1:1

TMR2=0




PR2=96 'pone en 0 contador del TIMER

Clearbit(OPTION_REG,0) 'PUll Up habilitadas puertoB

ciclos=255

util=127

'Conversor

adcon1=%10001110 ' Configure analog inputs and Vref

TRISA = $FF ' PORTA is input

TRISB=%0000111

angulo=0

Lcd_Init(PORTD)

Lcd_Cmd(LCD_CLEAR) ' Limpia el LCD

Lcd_Cmd(LCD_CURSOR_OFF) ' Apaga el cursor

Lcd_Out(1,1,"Angulo:")

Lcd_Out(2,1,"I.T.S.S.")

'***************************************************************

' PROGRAMA PRINCIPAL

'**************************************************************

'setbit(T2CON,TMR2ON) ' perndo

WHILE TRUE

if PORTB.1 = 0 then

delay_ms(50)

if angulo 252 then

angulo=angulo+1

ByteToStr(angulo, txt)

Lcd_Out(1,8,txt)

end if

end if

if PORTB.2 = 0 then

delay_ms(50)

if angulo 0 then

angulo=angulo-1

ByteToStr(angulo, txt)



end if

end if

wend

end.

4.2.1 Resultados

4.2.1.1Detector de Cruces por Cero



Lcd_Out(1,8,txt)

end if

end if

wend

.2.1 Resultados de

.2.1.1Detector de Cruces por Cero



Lcd_Out(1,8,txt)

de Simulacin


Ilustracin



Simulacin en Proteus


Ilustracin 28 Circuito detector Cruces por Cero



en Proteus

Circuito detector Cruces por Cero



Circuito detector Cruces por Cero

NAS ELCTRICAS


55





Ilustracin 29 Detector de Cruce por Cero

En la ilustracin 29 podemos ver que al osciloscopio estn conectados la seal de entrada al detector y la deteccin del cruce por cero , en el canal C y en el A respectivamente.

A l canal C ingresa una onda sinusoidal de 9VCA proveniente del transformador reductor de 120VCA a 9VCA, esta seal ira conectada a una resistencia de 220 que a su vez esta conectada a la base del transistor NPN 3904, quien ser el encargado de realizar la deteccin del cruce por cero

Al canal A ingresa una seal proveniente del colector del transistor NPN 3904, quien es el encargado de hacer dicha deteccin dando como resultado una seal cuadrada que cambia de estado en cada cruce .




4.2.2 Angulo de Disparo

Ilustracin 30 Angulo de Disparo a 90

En el software desarrollado anteriormente hemos creado un pulso de 10us que tendr un rango de control de 0 a 180 es decir de cruce a cruce, como se puede ver en el Canal B (azul) de la ilustracin 30, este pulso estar en el microcontrolador en puerto RB3, pin 36.Este pulso ira hacia el GATE del TRIAC BTA 40.

4.3 Circuito y Software incorporado Angulo de disparo y termmetro digital.

4.3.1 Desarrollo del Software

Para lograr el correcto funcionamiento de este programa es necesario tomar en cuneta el orden de declaracin de variables y constantes, adems de coordinar el uso de puertos y perifricos.

Este programa ser implementado con el microcontrolador en el circuito de la Ilustracin 29.

Program termometroydisparador

symbol PWM = PORTB.3




const retardo as byte=10 const ESCALA as float = 8.05 'escala de transformacin Const Divisor as byte=4 Dim ciclos, util, angulo as byte dim dato AS WORD dim txt as string[3] dim AUX as byte dim VOLTAJE as word dim DISP as char[4] sub procedure interrupt if TestBit(INTCON,INTF) then

if OPTION_REG.INTEDG=0 then OPTION_REG.INTEDG=1 ' detecta flancos bajada else OPTION_REG.INTEDG=0 ' flancos de subida End if setbit(T2CON,TMR2ON) ' prendo ClearBit(INTCON,INTF)

end if if TestBit(PIR1,TMR2IF) = 1 then ' Pregunta si el causante de la

inc(ciclos) ' interrupcin fue el TIMER2 if ciclos=0 then PWm=0 end if if ciclos=angulo then PWM=1 util=angulo+3 end if if ciclos=util then PWm=0 end if if ciclos=255 then




Clearbit(T2CON,TMR2ON) ' apago timer 2 end if PR2=150 ClearBit(PIR1,TMR2IF) ' Limpia bandera de interrupcin del TIMER2

end if end sub main: '********************************************************* INICIALIZACIN DE PUERTOS Y PERIFRICOS '********************************************************* 'Habilitacin de interrupciones SetBit(PIE1,TMR2IE) ' Habilita interrupcin por TIMER2 SetBit(INTCON,PEIE) ' Habilita interrupcin por perifricos SetBit(INTCON,GIE) ' Habilita interrupciones globales SetBit(INTCON,INTE) ' Hablilita INT externa RB0 OPTION_REG.INTEDG=1 ' flancos de subida ' configuracin del timer 2 T2CON = %00000000 ' Programa modo TIMER (reloj interno) con ' prescaler de 1:1 postscaler 1:1 TMR2=0 PR2=96 'pone en 0 contador del TIMER Clearbit(OPTION_REG,0) 'Pull Up habilitadas Puerto B ciclos=255 util=127 'conversor adcon1=%10001110 ' Configura entradas analgicas y Vref. TRISA = $FF ' PORTA is input TRISB=%0000111 angulo=0 Lcd_Init(PORTD) Lcd_Cmd(LCD_CLEAR) limpia la lcd Lcd_Cmd(LCD_CURSOR_OFF) apaga el cursor de la lcd Lcd_Out(1,1,"Angulo:") Lcd_Out(2,1,"TEMP:") ADCON1 = %10001110 TRISD = %00000000




AUX = 0 VOLTAJE = 0 '**************************************************** ' PROGRAMA PRINCIPAL '**************************************************** while true if PORTB.1 = 0 then delay_ms(50) if angulo 252 then

angulo=angulo+1 ByteToStr(angulo, txt) Lcd_Out(1,8,txt)

end if end if if PORTB.2 = 0 then delay_ms(50) if angulo 0 then

angulo=angulo-1 ByteToStr(angulo, txt) Lcd_Out(1,8,txt)

end if end if delay_ms(50) VOLTAJE = Adc_Read(0) AUX = VOLTAJE div ESCALA ByteToStr(AUX,DISP) Lcd_Out(2,10,DISP) wend end.

4.4 Elaboracin del Circuito Impreso (PCB)

El PCB ha sido desarrollado en el programa Altium Designer en su versin 8.0. El PCB esta impreso ha doble cara y tiene dimensiones de 78x73cm. Para la elaboracin de este circuito impreso, primero fue necesario el diseo de un circuito SCHEMATIC (.sch). Luego utilizando una librera de footprints, se asociaron cada uno de los componentes con sus respectivo footprint. Fue necesario constatar que cada uno de los footprints de la librera coincida con los elementos existentes en el




mercado local. Finalmente usando las herramientas de diseo de PCBs de Altium Desiger se procedi al diseo y colocacin de los componentes en la placa. Para posteriormente imprimir el diseo en un placa de cobre y soldar los elementos.

Ilustracin 31 SCHEMATIC final.

Q2

2N3904

220

R5 1KR4

1KR13

1KR9

1K

R7

1KR10

S1SW-PB

GND

GND

VCC

VCC VCC

RA0/AN02RA1/AN13RA2/AN2/VREF-4RA3/AN3/VREF+5RA4/T0CKI6RA5/AN47

RB0/INT33RB134RB235RB3/PGM36RB437RB538RB6/PGC39RB7/PGD40

RC0/T1OSO/T1CKI 15RC1/T1OSI 16RC2/CCP1 17

RC3 18RC4 23RC5 24

RC6/TX/CK 25RC7/RX/DT 26

RD0/PSP0 19RD1/PSP1 20RD2/PSP2 21RD3/PSP3 22RD4/PSP4 27RD5/PSP5 28RD6/PSP6 29RD7/PSP7 30

RE0/RD/AN5 8RE1/WR/AN6 9RE2/CS/AN7 10

VSS12VSS31

MCLR/VPP/THV1

OSC1/CLKI13OSC2/CLKO14

VDD 11VDD 32

U2

PIC16F871-I/P

GND

GND

22pFC4

22pFC5

12

1XTAL

GND

220

R8

GND

10KR12

VCC

GND

GND

VCC

1uF

C1Cap2

0.1uF

C2Cap2

D3

LED0

330

R1Res1

1000uF

C3Cap Pol1

VCC

VCC

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P3

Header 16

GND

IN1

2

OUT 3

GND

U1 L7805ACV

12

P1

Header 2H

D2Bridge1

GND

330

R11

VCC

GND

1K

R2

220

R3

GND

Q1Triac

1K

R6

1K

R14Res Tap

VCC

GND

D1

Diode 1N4002

123456

P4

Header 6

GND

1234

P2

Header 4H

P1

P2

T CLUP

NIQ

AC

E VAL6 611

22 4 4

*1

OPTO TRIAC

6 611

22 4 4

*2

OPTO TRIAC

15pf

C6

Cap2









Ilustracin 32



32 PCB final



NAS ELCTRICAS


62


Control Digital Apertura Temperatura Ducha

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