UNIVERSIDAD DEL CAUCA

FACULTAD DE INGENIERA ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES

Programa de Ingeniera Electrnica y Telecomunicaciones

DETECTOR DE MOVIMIENTO CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL

Circuitos Analgicos I

Ing. Vctor Moncayo

Primer Periodo de 2015

Elkin Fernando Tern Gmez Cdigo: 100612010615

Jos Alejandro Vargas Gutirrez Cdigo: 100613010660

Sebastian David Ossa Hernndez Cdigo: 100613010407

Popayn, Sbado 6 de Junio de 2015

Tabla De Contenido:

1- Marco Terico.3

2- Especificaciones5

3- Componentes Del Circuito..6

4- Diagrama Circuital Completo..6

5- Clculos Tericos......6

6- Conclusiones..9

7- Recomendaciones.9

1- MARCO TEORICO

Amplificador Operacional

Un amplificador es un dispositivo activo diseado para realizar operaciones matemticas de suma, resta, multiplicacin, divisin, diferenciacin e integracin. Los usos tpicos del amplificador operacional son proporcionar cambios en la amplitud del voltaje (amplitud y polaridad), en osciladores, en circuitos de filtrado y en muchos tipos de circuitos de instrumentacin. En este caso se utilizara el encapsulado 4558D que consta de dos amplificadores operacionales de propsito general.

Regulador de Voltaje LM78XX (Circuito Integrado) La familia de circuitos integrados LM78XX son reguladores de voltaje encapsulados con polaridad positiva. Estos integrados son muy tiles ya que son pequeos, de fcil acceso y cuentan con las protecciones necesarias para su correcto funcionamiento y durabilidad.

Resistor

El resistor es un elemento pasivo elctrico, utilizado para limitar el paso de la corriente.

Rel

El rel o relevador es un dispositivo electromecnico. Funciona como un interruptor

controlado por un circuito elctrico en el que, por medio de una bobina y

un electroimn, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir

o cerrar otros circuitos elctricos independientes. Fue inventado por Joseph

Henry en 1835. Para este proyecto se utilizara un rel que trabaje a 12V.

Sensor Piro Elctrico

Los pirmetros de radiacin se fundamentan en la ley de Stefan-Boltzman, que dice que la intensidad de energa radiante (en J/s por unidad de area) emitida por la superficie de un cuerpo, aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta (Kelvin).

Los pirmetros de radiacin miden, pues, la temperatura de un cuerpo a distancia en funcin de su radiacin. Los instrumentos que miden la temperatura de un cuerpo en funcin de la radiacin luminosa que este emite, se denominan pirmetros pticos de radiacin parcial o pirmetros pticos y los que miden la temperatura captando toda o una gran parte de la radiacin emitida por el cuerpo, se llaman pirmetros de radiacin total. Al sensor se le coloca un lente Fresnel para ganar ngulo de visin y as obtener un mejor resultado.

Circuito Integrado NE555

El IC 555 es un temporizador que tiene la capacidad de generar pulsos en su configuracin monostable o generar oscilaciones en su configuracin astable. Entre sus aplicaciones ms generales se utiliza para activar una salida durante un determinado tiempo, el cual se puede variar segn los valores de los elementos de la configuracin.

Diodo

El diodo es un elemento electrnico que permite la circulacin de corriente en un solo sentido. Para este proyecto se utilizar un diodo de conmutacin y uno de rectificacin.

Capacitor

Es un elemento pasivo elctrico capaz de almacenar energa en forma de campo elctrico, esto gracias a las cargas que acumula entre sus placas, separadas por un dielctrico.

2- ESPECIFICACIONES

Disear un circuito detector de movimiento con amplificadores operacionales de propsito general, utilizando las configuraciones vistas en clase. El circuito deber encender un bombillo por un determinado periodo de tiempo cuando detecte la presencia o el movimiento de un cuerpo dentro de su rea de visin.

3- Componentes Del Circuito

Circuito Integrado NE555 Amplificador Operacional JRC4558 Transistor 2N2222A Rel a 12VDC/120VAC Resistores , Watt Capacitores Bombillo de 120VAC Diodos 1N4148 (Switching), 1N4004 (Rectificador) Regulador LM7812 Sensor Piroelctrico PIR HC-SR501

4- DIAGRAMA CIRCUITAL COMPLETO

En la siguiente ilustracin se puede observar cada uno de los componentes que

conforman el circuito.

5- CALCULOS TEORICOS

Para disear el detector de movimiento con amplificadores operacionales se parte

de dos detalles importantes, uno en la etapa de retardo y una caracterstica del

sensor PIR. El circuito integrado NE555 se activa con un disparo a tierra, esto

significa que en el trigger (pin 2 y entrada de seal del IC NE555), debe haber un

nivel de voltaje alto cuando el sistema est en reposo, y una conmutacin hasta

0V cuando el sistema detecta movimiento para que este se active y empiece la

temporizacin. El PIR HC-SR501 es un sensor que viene optimizado de fbrica,

esto significa que entrega un voltaje de 0V cuando est en reposo y un pulso de

3.3V cuando detecta movimiento, adems de contar con dos potencimetros para

ajustar la sensibilidad del sensor y el retardo del pulso.

As pues, teniendo en cuenta los aspectos ya mencionados, se necesita un

sistema en el que aparezca un voltaje positivo cuando est en reposo y aparezca

0V cuando se detecte movimiento, lo que hace muy apropiado utilizar un

amplificador operacional en configuracin de DETECTOR DE NIVEL INVERSOR.

Para el funcionamiento del detector de nivel inversor se tiene lo siguiente:

Si < = +

Si > =

En este caso solo puede tomar dos valores, 0V y 3.3V, entonces se escoge un voltaje de referencia que este entre los dos valores:

= 1

El circuito se alimentara con 12V, entonces:

+ = 90% 12 = 10.8

Como se mencion anteriormente, si = 3.3 , debe aparecer 0 en la salida, entonces:

= 90% = 0 = 0 ()

Para que el amplificador operacional trabaje correctamente, los resistores asociados a

su configuracin deben estar en el orden de los Kilo-Ohms, adems es preciso tener

en cuenta que para esta configuracin 1 = , entonces se escoge:

1 = = 1

Por tener total seguridad de que el voltaje de salida ser 0 cuando se detecte movimiento, se coloca un diodo de conmutacin 1N4148 en la salida para evitar el

paso de cualquier seal en esta condicin.

El siguiente paso para el diseo es configurar el IC NE555 como multivibrador

monostable, as que se conecta cada pin como se ilustra a continuacin.

Los pines 4 y 8 van a , el pin 1 va a tierra, los pines 6 y 7 se cortocircuitan, sale un resistor en pull-up y un capacitor a tierra. El pin 2 es la entrada de seal y el pin 3 es la

salida del pulso.

Para ajustar el tiempo del pulso de salida se tiene la siguiente ecuacin:

= 1.1

As que variando el resistor y el capacitor de la configuracin monostrable del IC, se

puede ajustar el tiempo de retardo. En este orden de ideas se escogi un resistor de

680 y un capacitor de 10 para obtener un retardo aproximado de 7 .

1.1 680 10 = 7.48

Por ltimo se hace la conexin del rel, que ser capaz de conmutar para encender un

bombillo de 120 .

Para utilizar el rel se conecta a la salida del IC NE555 un transistor NPN 2N2222 con

una resistencia de 1 en la base, emisor a tierra y salida en colector, que funcionara como conmutador. El rel est conectado entre y el colector. Cuando haya un pulso en la salida del IC NE555, la salida del transistor ser tierra y el rel se activara,

de lo contrario la salida del transistor ser y la diferencia de potencial en el rel ser de 0 , haciendo que este inactivo.

Entre los pines C (Comn) y NO (Normalmente Abierto) del rel, se conecta un

bombillo en serie con la alimentacin domiciliaria.

Para proteger el circuito se conecta un diodo 1N4004 entre y el colector.

De esta manera se satisfacen todos los requerimientos del sistema. A continuacin se

ilustra el diagrama circuital completo con todos los valores de los elementos.

Para obtener la fuente regulada que alimenta al circuito se utiliz el circuito integrado

LM7812, alimentado con una etapa de rectificacin desde la red domiciliaria.

Para obtener el voltaje de referencia que entraba en el terminal no inversor del

amplificador operacional se hizo un divisor de voltaje con dos resistores de 10 y 1K .

Para la simulacin del sensor PIR se conect una fuente de 3.3V con un pulsador.

La simulacin aparece con el LM741, ya que el 4558D apareca como modelo no

simulable.

6- CONCLUSIONES

En esta prctica se observ el comportamiento de los sensores de movimiento constituidos por un sensor de tipo piroelctrico.

El circuito diseado tiene muchas aplicaciones en la vida cotidiana, desde un simple sistema para encender un bombillo casero hasta complejos sistemas de seguridad. El costo de fabricacin de estos sensores resulta econmico y de alta usabilidad.

7- RECOMENDACIN Realizar una correcta calibracin de los resistores variables del sistema piroelctrico.