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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA

SEDE CUENCA

CARRERA: INGENIERÍA ELECTRÓNICA

“DESARROLLO DE PROTOTIPO DE SEMÁFORO CON LUZ LED DE ALTAEFICIENCIA Y PROTOCOLO INDUSTRIAL DE COMUNICACIÓN”

TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE:

INGENIERO ELECTRÓNICO

Autor:

Campoverde Reyes Bolívar Sebastián

Tutor:

Prof. Julio César Viola (Ph.D.)

Cuenca, Octubre de 2016

Cesión de derechos del autor

Yo Bolívar Sebastián Campoverde Reyes, con documento de identificación N° 0104846381, ma-nifiesto mi voluntad y cedo a la Universidad Politécnica Salesiana la titularidad sobre los derechospatrimoniales en virtud de que soy autor del trabajo de titulación: "Desarrollo de prototipo desemáforo con luz led de alta eficiencia y protocolo industrial de comunicación", mismo queha sido desarrollado para optar por el título de: Ingeniero Electrónico, en la Universidad Politéc-nica Salesiana, quedando la Universidad facultada para ejercer plenamente los derechos cedidosanteriormente.

En aplicación a lo determinado en la Ley de Propiedad Intelectual, en mi condición de autor mereservo los derechos morales de la obra antes citada. En concordancia, suscribo este documento enel momento que hago entrega del trabajo final en formato impreso y digital a la Biblioteca de laUniversidad Politécnica Salesiana.


Bolívar Sebastián Campoverde ReyesCI: 0104846381

I

Declaratoria de responsabilidad

Yo Bolívar Sebastián Campoverde Reyes, con CI: 0104846381 autor de: "Desarrollo de prototipo

de semáforo con luz led de alta eficiencia y protocolo industrial de comunicación" certifico que

el total contenido del proyecto técnico, es de mi exclusiva responsabilidad y autoría.


Bolívar Sebastián Campoverde ReyesCI: 0104846381

II

Certificación

En calidad de TUTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN: "Desarrollo de prototipo de semáforo

con luz led de alta eficiencia y protocolo industrial de comunicación", elaborado por Bolívar

Sebastián Campoverde Reyes, declaro y certifico la aprobación del presente trabajo de titulación

basándose en la supervisión y revisión de su contenido.


Prof. Julio César Viola (Ph.D.)TUTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN

III

Agradecimientos

Quiero expresar mi más sincero agradecimiento a mi tutor del proyecto técnico Prof. Julio CésarViola (Ph.D.) miembro del Grupo de Investigación en Energías (GIE) de la Universidad Politéc-nica Salesiana, por brindar todo su conocimiento, experiencia, apoyo y tiempo de una maneradesinteresada, para culminar con éxito este proyecto.

Bolívar Sebastián

IV

Dedicatoria

Primeramente a Dios, a mis padres Patricio y Ana y mi tío Pablo, por todo su esfuerzo en miformación académica y espiritual . A mi amada hija y esposa por ser mi motivación y razón parasonreír cada día. A mis hermanos, amigos y demás familiares que han estado siempre presentescon su apoyo incondicional. A mi prima Daniela y abuelito Bolívar, siempre presentes en mispensamientos.

Bolívar Sebastián

V

Resumen

El diseño de luces de señalización vial está hoy en día enmarcado en el área de la eficiencia ener-gética dado que se requiere obtener una operación con el mínimo consumo eléctrico posible. Estoabre camino a formas alternativas de alimentación de las luces tales como los paneles fotovoltai-cos, lo cual simplifica en gran medida el proceso de instalación de las luces en las interseccionesviales requeridas. Para poder lograr esta simplificación y el correspondiente abaratamiento de cos-tos de mantenimiento e instalación, se requiere utilizar circuitos altamente eficientes tanto en laetapa de generación de luz como en las etapas de conversión de energía para la alimentación de lacircuitería.

De igual forma para el estado ecuatoriano la adquisición de semáforos viales y sus equipos afinesrepresenta un importante índice dentro de las importaciones anuales, lo que ha contribuido a im-pulsar programas gubernamentales y políticas económicas con la finalidad de reemplazar bienes yservicios importados. Adicional al beneficio económico que se busca con el desarrollo de tecnolo-gía local, el sistema de semáforos con tecnología LED contribuye de gran manera a la optimizaciónde recursos y ahorro energético impulsado por el cambio de la matriz energética.

En el presente proyecto se realizó el estudio, diseño y construcción de los componentes electróni-cos de un sistema de señalización vial. Siendo estos componentes el controlador y el módulo LEDpara los colores rojo, amarillo y verde, este último concebido para ser utilizado sobre una estruc-tura semafórica estándar con grado de protección IP65, con cabezal, compuertas, viseras, lunas ysoportes mecánicos en policarbonato. El controlador está basado en un microprocesador de TexasInstruments con accionamiento mediante relés con indicador LED, protocolos de comunicaciónserial RS-232/RS-485/USB, pulsantes de prueba, capacidad de expansión para el manejo de inter-secciones con múltiples cabezales y una tensión nominal de alimentación de 17Vdc, admitiendouna variación de ±10%.

Las intensidades lumínicas del sistema son 970cd para el color rojo, 600cd para el amarillo y755cd para el verde. Cada módulo o spot lumínico está compuesto por un arreglo matricial deLEDs de alta luminiscencia con una dimensión individual de 5mm y con un ángulo de irradiaciónde 30° respecto al eje de simetría vertical. Estos módulos a su vez son alimentados por medio deun convertidor CC/CC acoplado al mismo, que realiza la regulación de corriente.

Para facilitar la programación del controlador se desarrolló una aplicación en PC para configurarlos tiempos y condiciones de funcionamiento de cada módulo, dando como resultado un consumopromedio del sistema de 30W.

VI

Índice general

1 Introducción 4

2 Objetivos 62.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2 Específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

3 Estado del arte 73.1 Tecnología LED de alta luminiscencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.2 Sistema de Semaforización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.3 Convertidores CC/CC para módulos LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.4 Protocolo industrial de comunicación RS232/RS485 . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.5 Tecnologías existentes de baterías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4 Marco metodológico 124.1 Diseño y construcción del Spot de LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4.1.1 Especificaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134.1.2 Cantidad de LEDs y distribución geométrica . . . . . . . . . . . . . . . . 134.1.3 Esquema de diseño y cálculo eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184.1.4 Diseño del PCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4.2 Diseño y construcción del convertidor CC/CC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224.2.1 Especificaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224.2.2 Diseño del convertidor en WEBENCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224.2.3 Diseño del PCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

4.3 Diseño y construcción del Controlador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304.3.1 Especificaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304.3.2 Esquema de diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314.3.3 Diseño del PCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.4 Programación del Sistema de Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394.4.1 Especificaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394.4.2 Algoritmo de controlador y Software del PC . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.5 Ensamblaje final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424.6 Dimensionamiento de la batería de respaldo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

5 Experimentación y resultados 455.1 Análisis del Spot de LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

VII

Índice general

5.2 Análisis del Convertidor CC/CC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455.3 Análisis del controlador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485.4 Presupuesto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

6 Conclusiones 50

7 Recomendaciones 51

8 Trabajo futuro 52

Bibliografía 53

VIII

Índice de figuras

1. Unidad de semáforo LED [10]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82. Fases de una secuencia [11]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83. Esquema básico del convertidor buck [12]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94. Corriente ideal del inductorL1 [14]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

5. Esquema general. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126. Intensidad luminosa relativa del LED C503B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147. Distribución triangular diseñada en CAD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168. a) Distribución en cuadrícula y b) distribución Angular diseñada en CAD. . . . . . 169. Distribución final diseñada en CAD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1710. Gráficas de corriente y voltaje directos del LED C503B. . . . . . . . . . . . . . . . 1811. Matriz de LEDs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1912. Esquemático del Spot. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2013. Diseño PCB del spot de LEDs en Altium. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2114. PCB final del spot de LED. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2215. Software de diseño WEBENCH. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2316. Esquemático del convertidor CC/CC [14]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2417. Circuito de control de corriente pico [14]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2618. Simulación del convertidor en WEBENCH. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2619. Simulación termográfica del convertidor en WEBENCH. . . . . . . . . . . . . . . 2720. Esquemático del convertidor CC/CC en Altium. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2821. Diseño PCB del convertidor CC/CC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2922. PCB final del convertidor CC/CC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3023. Esquema del módulo de control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3124. Concepto de booster pack de Texas Instruments [16]. . . . . . . . . . . . . . . . . 3225. Principio de activación de salidas del módulo # 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3326. Principio de activación de salidas del módulo # 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3327. Tarjeta de desarrollo MSP432 de Texas Instruments [16]. . . . . . . . . . . . . . . 3528. Esquemático del bloque de regulación en Altium. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3529. Esquemático del bloque de salidas en Altium. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3630. Esquemático del bloque de mapeo en Altium. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3731. Diseño PCB del módulo de control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3832. PCB final del módulo de control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3833. Entorno de desarrollo Energia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

1

Índice de figuras

34. Interfaz gráfica del software del PC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4235. Pruebas del sistema semafórico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4236. Curva de capacidad para selección de baterías marca Power Sonic [15]. . . . . . . 44

37. Señales VOUT y VSW del convertidor del Spot Rojo. . . . . . . . . . . . . . . . . . 4638. Señales VOUT y VSW del convertidor del Spot Amarillo. . . . . . . . . . . . . . . . 4639. Señales VOUT y VSW del convertidor del Spot Verde. . . . . . . . . . . . . . . . . . 4740. Imagen termográfica del Spot Rojo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

2

Índice de tablas

1. Características del LED C503B marca CREE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132. Cálculos del Spot. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193. Componentes y valores de operación obtenidos en WEBENCH. . . . . . . . . . . 244. Cálculos de la resistencia de ajuste RP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295. Mapeo de pines del MSP432. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346. Matriz secuencial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

7. Mediciones del Spot de LED. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458. Mediciones del convertidor del módulo LED. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469. Regulación de corriente del Spot rojo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4710. Costo de elaboración de los PCBs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3

1 Introducción

De acuerdo a los requerimientos actuales en semaforización vial y basándose en las normativasvigentes del Reglamento Técnico Ecuatoriano en Señalización Vial [10], este proyecto se centró enel estudio, diseño y construcción de los componentes electrónicos dentro de la unidad de semáforo,y el controlador. Esta unidad esta compuesta por tres módulos LED correspondientes a los trescolores, que en su interior tiene una tarjeta electrónica de forma circular llamado Spot con unarreglo matricial de LEDs, y una tarjeta electrónica o convertidor CC/CC que recibe el voltajedesde el controlador y alimenta en su salida al Spot.

En la primera etapa del proyecto se diseñó el Spot circular de manera genérica para los tres colorescon un diámetro de 190mm, siendo la única diferencia entre ellos el color del LED de 5mm soldadoen la tarjeta. Para la cantidad de LEDs en el Spot se buscó un número que multiplicado por el valorde intensidad luminosa (candelas cd) individual del LED, se llegue a un total de candelas quecumplan con las especificaciones técnicas estándar del mercado como lo es 970cd para el módulorojo, 600cd el amarillo y 755 cd para el verde [6, 10].

Dentro de cada módulo LED el convertidor se acopla en la parte posterior del Spot medianteconectores tipo peineta, que dan soporte mecánico y alimentación de voltaje a la matriz de LEDs,a mas de contar con terminales para alimentación del convertidor. Ya que la corriente que circulapor el LED se relaciona de manera casi lineal con su intensidad luminosa, el convertidor garantizaque para un voltaje de alimentación del módulo de 12 a 17Vdc la corriente y la intensidad luminosatotal del Spot permanezca constante.

En la siguiente etapa del diseño del controlador se basó en la tarjeta de desarrollo de Texas Instru-ments de la serie MSP432, a la cual se le acopla una tarjeta electrónica diseñada como parte delproyecto llamada módulo de control. El controlador cuenta con seis salidas tipo relés con termina-les atornillables para alimentar 6 módulos LED, es decir dos unidades de semáforo, permitiendoel apilamiento de hasta 3 módulos de control con un total de 18 salidas como máximo. Así tam-bién cuenta con pulsantes para realizar secuencias de prueba e inicio de ciclo, puertos serialesUSB/RS-232 para su programación y LEDs indicadores de estado para cada salida.

En cuanto a la alimentación del controlador está diseñado para un rango de 10 a 17Vdc, esto conla finalidad de que el sistema ocasionalmente funcione con un banco de baterías de respaldo encaso de perdida de energía de red. Otro punto importante en el controlador es la programación delmicroprocesador del MSP432, que mediante una aplicación de PC se puede simular, configurar lostiempos secuenciales de cada salida, y cargar los datos en el controlador utilizando un protocolode comunicación industrial.

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1 Introducción

Para el voltaje de alimentación del sistema está contemplado usar una fuente o convertidor AC/DCconectada a la red, desarrollada por el Grupo de Investigación en Energías (GIE) de la UniversidadPolitécnica Salesiana el cual no forma parte del presente informe. Por lo tanto para las pruebas delsistema controlador y unidad de semáforo se utilizó un fuente de laboratorio. Se calcula tambiénla capacidad necesaria del banco de baterías para abastecer al sistema por al menos 4 horas anteperdida de la energía de red.

Por último se realizaron las mediciones de voltaje y corriente individualmente para cada móduloLED, el consumo eléctrico del sistema en una secuencia normal de funcionamiento, sometiendo acambios de voltaje para comprobar el control de corriente del convertidor. Dentro de este punto nofue posible utilizar el equipo de medición de intensidad lumínica (luxómetro) de la Universidad yaque no está diseñado para el espectro lumínico de los módulos LED. Adicionalmente se tomaronimágenes termográficas para comprobar la disipación de calor en los módulos LED y se determinóun costo aproximado de la manufactura de cada tarjeta electrónica.

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2 Objetivos

2.1. General

Diseño y montaje de un módulo de semáforo vial de alta eficiencia basado en luz LED y converti-dores CC/CC de alta eficiencia.

2.2. Específicos

Investigar y diseñar los módulos LED requeridos para cumplir con las intensidades lumínicasrequeridas.

Investigar y desarrollar los convertidores CC/CC requeridos según la potencia de consumode los módulos LED.

Implementar el protocolo industrial de comunicación mediante un microprocesador.

Investigar el comportamiento de distintas tecnologías de baterías.

Ensamblaje y pruebas de laboratorio del prototipo

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3 Estado del arte

La operación actual de las luces dedicadas a la señalización de tránsito ha pasado a ser un áreade profundo estudio por parte de investigadores de distintas especialidades. Los requerimientoscada vez más complejos que impone el hecho de un tránsito más intenso en las ciudades hacennecesaria la intervención de áreas tan diversas del conocimiento como la electrónica, la estadística,la inteligencia artificial, entre otras [1].

Algunas características típicas que se incorporan hoy en día en los semáforos son: la conectivi-dad alámbrica o inalámbrica con capacidad de transmitir distintos tipos de información, la altaeficiencia energética que permita operarlos con un panel fotovoltaico relativamente pequeño, laincorporación de inteligencia artificial que le permita tomar decisiones adaptándose a distintascondiciones que pueda presentar el tránsito [2, 3].

3.1. Tecnología LED de alta luminiscencia

El diodo LED es un elemento semiconductor que emite luz en el espectro visible al atravesar unacorriente por el mismo. Un LED de alta luminosidad se forma mediante la adición de gases en unsustrato semiconductor que mediante reacciones físico-químicas que ocurren dentro de una cámarade vacío a 900°C permite que se formen las capas ópticas. Existen distintos parámetros físicos a lahora de escoger un LED, los cuales se detallan en las hojas de datos provistas por el fabricante [5].Entre los principales parámetros a considerar para el diseño de iluminación LED se tiene:

Tensión directa (VF).

Corriente directa (IF).

Intensidad luminosa(IV).

Disipación de potencia (PD).

Temperatura de operación (TOPR).

Ángulo de visión.

3.2. Sistema de Semaforización

Un sistema de semaforización está compuesto por varios elementos como la unidad de semáforo,controlador, soportes mecánicos, armario eléctrico, programador, etc. La unidad de semáforo está

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3 Estado del arte

compuesta por tres módulos o secciones que corresponden a cada color, ordenados desde arribahacia abajo con los colores rojo, amarillo y verde. Por otro lado el controlador es el encargado deactivar cada módulo de la unidad de semáforo de acuerdo a la secuencia de programación calibrada.

Figura 1: Unidad de semáforo LED [10].

Entre los principales términos que intervienen en el proceso de semaforización están los movi-mientos, fases, secuencia de operación, secuencia de encendido, ciclo total e intervalos. Los mo-vimientos son todas las posibles trayectorias en el flujo vehicular mientras que una fase es unconjunto de movimientos compatibles [10].

Una fase se considera también como la secuencia que realiza una unidad de semáforo. En la figura2 se observan tres fases que físicamente representan tres semáforos, cada fase realiza una deter-minada secuencia por ejemplo la fase 3 enciende 50 segundos el color rojo, luego 33 segundosel verde, 3 segundos el amarillo y nuevamente 4 segundos el rojo. Este tiempo de activación decada color se le conoce como intervalo y el tiempo que dura toda la secuencia se llama ciclo total.Siguiendo con el ejemplo el controlador del sistema ejecuta las tres fases al mismo tiempo desdeel segundo 0 hasta el 90 y repite nuevamente [10, 11].

Figura 2: Fases de una secuencia [11].

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3 Estado del arte

3.3. Convertidores CC/CC para módulos LED

Una de la configuraciones más usadas de convertidores CC/CC para control de iluminación LEDes el tipo buck o reductor, que básicamente está compuesto por elementos semiconductores comotiristores, transistores bipolares, MOSFET o IGBTs, que realizan la conmutación o interrupción depotencia (ver figura 3). Su funcionamiento depende de los dos elementos semiconductores S y D

que alternan la conexión del inductor L entre la fuente de alimentación y tierra [12].

Figura 3: Esquema básico del convertidor buck [12].

En la figura 4 se observa la corriente del inductor, en el que puede identificarse el tiempo deencendido tON y apagado tOFF , el ciclo de trabajo D y el periodo TS del elemento de conmutaciónque realiza la regulación de corriente. La corriente de salida del convertidor es el valor medio dela corriente en la inductancia ya que la componente alterna de iL circula por el condensador.

Figura 4: Corriente ideal del inductorL1 [14].

3.4. Protocolo industrial de comunicación RS232/RS485

Entre los protocolos utilizados para la configuración y programación de dispositivos de control desemaforización, están los protocolos de comunicación serial RS232/RS485 orientado a conexiones

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3 Estado del arte

punto a punto. Estos estándares determinan las características de la comunicación y cómo se debetransmitir la señal eléctrica en el medio físico [13].

Entre las especificaciones básicas para RS232 están:

• Velocidad de transmisión de 300 a 38400 bps.

• Longitud máxima de 15 metros.

• Interfaz para soportar cortocircuito de duración indefinida.

• Niveles binarios de la señal entre +10V y -10V.

Por otra parte este protocolo presenta ciertas desventajas que limitan su velocidad y distancia detransmisión, debido a la longitud del cable (aumenta capacitancia), las perturbaciones eléctricas,pérdida de sincronismo, etc. Como solución a estas limitaciones surgen protocolos más establesy escalables como RS485, el cual tiene una configuración tipo bus que permite conectar hasta 32dispositivos y distancias superiores a los 20 metros. Entre las especificaciones para RS485 están:

• Velocidad de transmisión de 9.6kBit/s a 12Mbit/s.

• Comunicación multipunto.

• Longitud máxima de 1200 metros.

• Necesita resistencias terminadoras en los extremos del bus.

• Interfaz para soportar cortocircuito de duración indefinida.

• Inmunidad a las interferencias debido a la transmisión diferencial de las señales.

3.5. Tecnologías existentes de baterías

Entre las principales tecnologías de batería con las que se cuentan en el mercado están:

Plomo-ácido (PbA)

Niquel-Cadmio (NiCd)

Litio-Ión (Li-ion)

Litio-Polímero (LiPo)

Las de Plomo-ácido son las baterías más comunes y de mayor aplicación por su bajo costo, lascuales se presentan en distintas versiones que se clasifican en dos grupos principales, las selladasy las de electrolito líquido. Se componen de varios pares de electrodos conectados entre si dentrode una disolución de ácido sulfúrico, cuyo funcionamiento se basa el de la pila electróquimica.

Entre las de electrolito líquido destacan las de ciclo corto utilizadas en automóviles donde se ne-cesita una entrega súbita de energía en el encendido. También se encuentran las de ciclo profundoideal para aplicaciones de ciclos repetidos de carga y descarga, que forman parte de la mayoría deaplicaciones como paneles fotovoltaicos, fuentes de alimentación ininterrumpidas, equipos de se-guridad, etc. Sus principales ventajas son el bajo costo, fácil fabricación y amplia gama de modelos[7].

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3 Estado del arte

Por otra parte las baterías de Niquel-Cadmio se componen de un cátodo de hidróxido de níquel, unánodo de cadmio y un electrolito de hidróxido de potasio encapsulados dentro de celdas selladas.Entre las principales ventajas están su baja impedancia y resistencia interna, el ser menos propensasa pérdidas de electrolito teniendo una baja tasa de auto descarga [9].

Las de Litio-Ión se componen de un ánodo de grafito y un cátodo de óxido de cobalto dentro deun electrolito líquido con iones de litio. Entre las principales ventajas está el tener una elevadadensidad de energía, ser livianas, tener un alto voltaje por celda (3.7V), no tener efecto memoria,poseer descarga lineal, baja tasa de autodescarga; y entre sus principales desventajas están quetienen baja vida útil, son costosas, número limitado de cargas, deficientes para trabajo en frío.Las principales aplicaciones de estas baterías están en celulares, ordenadores, autos eléctricos,drones,etc. Una variante de estas baterías son las de polímero de litio (LiPo) que admite una mayordensidad de energía y tasa de descarga superior [7, 8].

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4 Marco metodológico

Para las tres tarjetas PCB1 del spot de LED, convertidor CC/CC y el módulo de control se siguióel mismo proceso en su elaboración, que comprende, en primer lugar, la generación del esquemacircuital y el trazado de pistas para todos los elementos involucrados en cada placa, desarrolladosen el software de diseño «Altium Designer». En las placas PCB se buscó utilizar en su mayoríacomponentes de montaje superficial SMD2, esto con la finalidad de obtener una tarjeta con unadistribución holgada de componentes y tamaño reducido. En cuanto a la manufactura de las tar-jetas PCB se utilizaron los servicios de la empresa PCB WAY, mientras que para la soldadura decomponentes SMD se utilizaron los equipos del laboratorio de la Universidad Politécnica Salesia-na. En la figura 5 se detalla el esquema general del prototipo de semáforo mostrando a la derecha launidad de semáforo, en donde a cada módulo LED le llega un voltaje VIN del módulo de control. Ala izquierda se encuentra el controlador que está compuesto por la la tarjeta de desarrollo MSP432de Texas Instruments y el módulo de control. La programación del controlador se realiza medianteun software desde el PC por medio de sus interfaces seriales. La alimentación del controlador esel mismo voltaje VIN que a través de los relés de salida energiza los módulos LED.

Figura 5: Esquema general.

1(Printed Circuit Board): Tarjeta de circuito impreso2(Surface Mount Device): Componentes de montaje superficial

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4.1. Diseño y construcción del Spot de LED

4.1.1. Especificaciones

El spot de LED consiste en un PCB circular de 190 mm de diámetro donde se distribuye estra-tégicamente un arreglo matricial de LEDs de alta luminosidad. Los requerimientos de intensidadluminosa que se tomaron en cuenta de acuerdo a estándares del mercado son:

Spot Rojo, SPro jo = 945cd a 1000cd

Spot Amarillo, SPamarillo = 550cd a 650cd

Spot Verde, SPverde = 710cd a 800cd

El LED a utilizar para el spot es el modelo C503B de alta luminosidad. En la tabla 1, se encuentranlas principales características para los colores rojo, amarillo y verde. En donde el principal paráme-tro que permite calcular la cantidad de LEDs necesarios para cada spot es la intensidad luminosaIVro jo = 5,1cd , IVamarillo = 6cd , IVverde = 12cd ; estos valores para una corriente IF = 20mA.

Símbolo Condición Rojo Amarillo Verde Unidad

Corriente Directa IF20 (típico) 20 (típico) 20 (típico)

mA50 (max) 50 (max) 30 (max)

Corriente Directa Pico IFP 200 200 100 mA

Voltaje Inverso VR 5 5 5 V

Potencia de Disipación PD 130 130 120 mW

Temperatura de Operación Topr -40 ~ 100 -40 ~ 100 -40 ~ 100 °C

Voltaje Directo VF IF = 20mA 2.1 2.1 3.2 V

Longitud de Onda λ D IF = 20mA 624 591 527 nm

Intensidad Luminosa IV IF = 20mA 5100 6000 12000 mcd

Ángulo de Energía 50% 2θ1/2 IF = 20mA 30 30 30 deg

Tabla 1: Características del LED C503B marca CREE.

4.1.2. Cantidad de LEDs y distribución geométrica

Para determinar la cantidad de LEDs se realizan dos pasos, el primero es calcular dividiendo losrequerimientos totales del Spot (SP) para el valor de intensidad luminosa individual de cada LEDIVro jo,amarillo,verde ; y en segundo lugar a partir de las cantidades de LEDs calculadas para cada colorbuscar una cantidad similar entre estos, con el fin de diseñar un PCB genérico para los tres colores.

13


Por lo tanto para lograr este valor es necesario ajustar la corriente IF que atraviesa cada LEDsegún el comportamiento lineal observado en las curvas provistas por el fabricante (ver figura 6).De acuerdo a estas curvas se introduce el valor de intensidad luminosa relativa IV R a la fórmulapropuesta para el cálculo de LEDs quedando de la forma:

N =SP

IV · IV R(1)

Donde:

N =Cantidad de LEDs

SP = Intensidad luminosa total

IV = Intensidad luminosa del LED

IV R = Intensidad luminosa relativa del LED

Figura 6: Intensidad luminosa relativa del LED C503B.

Previo a calcular la cantidad de LEDs, se determina el valor promedio SP del rango planteado enlas especificaciones de cada Spot:

Spot Rojo, SPro jo = 970cd

Spot Amarillo, SPamarillo = 600cd

Spot Verde, SPverde = 755cd

De acuerdo a (1), para valores normales de funcionamiento IF = 20mA e IV R = 1 el cálculo de lacantidad de LEDs es igual a:

Nro jo =SPro jo

IVro jo · IV Rro jo

=970cd

(5100x10−3)cd · (1)= 190,2≈ 190

14


Namarillo =SPamarillo

IVamarillo · IV Ramarillo

=600cd

(6000x10−3)cd · (1)= 100

Nverde =SPverde

IVverde · IV Rverde

=755cd

(12000x10−3)cd · (1)= 62,9≈ 63

Como resultado se obtiene un número diferente para cada spot, donde su promedio es de 118LEDs. Si se toma este valor para el caso del spot amarillo y verde no habría problema ya que siaumenta N se incrementa la intensidad luminosa total del spot SP; esto es una ventaja si se quiereajustar IF para trabajar con una corriente menor a 20mA y con ello alargar la vida útil del LED.Sin embargo para el spot rojo podría resultar una cantidad limitada, ya que aplicando el principioanterior abría que incrementar la corriente IF de cada LED para alcanzar los requerimientos deintensidad luminosa del spot.

De acuerdo a la hoja de datos del modelo C503B, para el color rojo se recomienda trabajar conuna corriente IF entre 10 a 30 mA. Tomando el valor de 30mA según la figura 6, le corresponde unvalor aproximando de IV Rro jo = 1 5 que calculando nuevamente N quedaría igual a:

Nro jo =SPro jo

IVro jo · IV Rro jo

=970[cd]

(5100x10−3)[cd] · (1,5)= 126,8≈ 127

Este número de 127 se toma como base para la siguiente etapa, que es buscar una distribuciónequitativa del LED en el área del PCB de 190mm de diámetro. Otro punto a considerar en lacantidad de LEDs es que debe ser múltiplo de 3, esto con la finalidad de formar un arreglo matricialuniforme de 3 LEDs en serie por ramal. Este valor de 127 LEDs será tomado como referencia, parabuscar la mejor distribución que sea múltiplo de 3 y cercano al valor de 127.

Para la distribución geométrica se consideran varios aspectos como, el diámetro del LED de 5mm,el perímetro circular límite de 190mm de diámetro y el total de LEDs múltiplo de 3. Se diseñócada distribución en «AutoCAD», para que una vez encontrada la mejor ubicación de cada LED,se exporte al software «Altium» de diseño electrónico. La primera distribución que se propuso fueuna triangular (ver figura 7) en donde el centro del LED se ubica en cada vértice del triangulo. Laventaja de esta distribución es que la distancia entre el centro de un LED a otro es la misma encualquier dirección. Sin embargo presenta muchas desventajas entre ellas:

Bordes rectos.

Una mínima variación en la distancia entre centros, implica una variación considerable de laforma y del total de LEDs.

Cantidad de LEDs no múltiplos de 3.

15


Figura 7: Distribución triangular diseñada en CAD.

Otro tipo de distribución que se probó es con los centros del LED dentro de una cuadrícula, sin em-bargo se presentaron las mismas desventajas que la distribución triangular (figura 8, a). Buscandosolucionar la desventaja de los bordes rectos se propuso una distribución angular, donde se lanzanejes a 11.25° desde el centro que cortan con circunferencias de radio equidistante, ubicando en loscortes los centros de cada LED (figura 8, b); siendo la principal desventaja que el área entre cadaLED no es la misma, a pesar de lograr un total múltiplo de 3.

Figura 8: a) Distribución en cuadrícula y b) distribución Angular diseñada en CAD.

Por último para solucionar todas estas desventajas se realiza un tipo de distribución angular, queconsiste en lanzar dos ejes desde el centro a 60° el uno respecto al otro. A partir de estos ejes setrazan lineas paralelas que se cortan con las circunferencias de radios equidistantes y se ubican los

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centros de cada LED en los cortes como se observa en la figura 9. Con esta distribución se lograun total de 126 LEDs el cual es múltiplo de 3.

Figura 9: Distribución final diseñada en CAD.

En resumen la cantidad de LEDs para el spot rojo, amarillo y verde es N = 126, que se ubican enel PCB según la figura 9.

Para comprobar que este valor N cumple con las especificaciones para cada spot, se calcula nue-vamente SP con (1) y se ajusta IV R según las curvas de la figura 6, con la finalidad de determinarel valor más bajo de corriente IF que cumple con las especificaciones de intensidad luminosa,quedando de la siguiente manera:

IFro jo = 30mA

SPro jo = IVro jo · IV Rro jo ·Nro jo = (5100x10−3)cd · (1,5) ·126 = 963,9cd

IFamarillo = 20mA

SPamarillo = IVamarillo · IV Ramarillo ·Namarillo = (6000x10−3)cd · (1) ·126 = 756cd

IFverde = 15mA

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SPverde = IVverde · IV Rverde ·Nverde = (12000x10−3)cd · (0,5) ·126 = 756cd

Como se observa con estos valores de SP cada Spot estará dentro del rango de las especificacionesdetalladas en la sección 4.1.1.

4.1.3. Esquema de diseño y cálculo eléctrico

Partiendo de la cantidad de LEDs N = 126 y estableciendo tres LEDs en serie como se observaen la figura 11, se obtiene una matriz de 3x42. A cada serie se le adiciona al final una resistenciaR = 10Ω , para equilibrar las corrientes en cada rama minimizando los efectos de las diferenciasde resistencias de cada LED.

De acuerdo al requerimiento de intensidad luminosa analizado en la sección anterior, se establecióla corriente directa IF igual a:

Spot Rojo, IFro jo = 30mA

Spot Amarillo, IFamarillo = 20mA

Spot Verde, IFverde = 15mA

Figura 10: Gráficas de corriente y voltaje directos del LED C503B.

A partir de IF se determina el voltaje directo del diodo VF , que según una estimación de las curvasprovistas por el fabricante del LED (ver figura 10), es igual a:

Spot Rojo, VFro jo = 2 2V

Spot Amarillo, VFamarillo = 2 1V

Spot Verde, VFverde = 3 1V

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Según estos valores se calcula la corriente IT y VOUT de cada spot, que servirán para la siguienteetapa del cálculo del convertidor CC/CC:

Figura 11: Matriz de LEDs.

IT = 42 · IF (2)

VR = IF ·R (3)

PR = I2F ·R (4)

VOUT = 3VF +VR = 3VF + IF ·R (5)

PT =VOUT · IT (6)

En la tabla 2, se resumen los cálculos para cada Spot donde el valor más importante es la co-rriente total IT , que servirá para comprobar en la etapa de mediciones si el Spot cumple con lasespecificaciones de intensidad luminosa.

N IF(mA) VF(V) IT(mA) VR(V) VOUT (V) PR (mW) PT (W) SP (cd)

Spot Rojo 126 30 2.2 1260 0.30 6.90 9 8.69 945 a 1000

Spot Amarillo 126 20 2.1 840 0.20 6.50 4 5.46 550 a 650

Spot Verde 126 15 3.1 630 0.15 9.45 2.2 5.95 710 a 800

Tabla 2: Cálculos del Spot.

19


4.1.4. Diseño del PCB

El esquemático de la matriz de 3x42 LEDs de la figura 12, se desarrolla en un archivo .SchDoc

dentro de un proyecto de «Altium», en donde los puntos de alimentación de la matriz se denominanVout y GND. De igual forma se agrega un capacitor a la entrada para estabilización de voltaje.

.

Figura 12: Esquemático del Spot.

A partir del esquemático se genera el archivo .PcbDoc, en donde se establecen las dimensiones,forma, ubicación de componentes y trazado de pistas del Spot. Al mismo tiempo se importa eldiseño de CAD de la figura 9, sirviendo como referencia para definir el área circular del PCB, per-mitiendo también ubicar con mayor facilidad y exactitud cada componente diseñado en «Altium».

Entre las principales características del PCB diseñado (ver figura 13) se encuentran:

Diseño en doble capa con máscara antisoldante (Top Layer y Bottom Layer).

Igual orientación del componente LED para facilitar la etapa de soldado.

Resistencias de 10Ω de montaje superficial SMD.

Capa para serigrafía de componentes en ambas caras del PCB (Top Overlay y Bottom Over-lay).

Agujeros para soldar los 4 conectores hembra del convertidor CC/CC.

Agujeros para soporte mecánico.

20


Para optimizar espacio y facilitar el trazado de pistas, se emplean resistencias SMD de 10Ω encap-sulado 0805 (2 mmx1.25 mm) de 1/8 W, ubicados en el Top Layer cerca de cada serie de 3 LEDs.Para el modelo de LED C503B de agujero pasante, se diseña la serigrafía del LED en el BottomLayer, con la finalidad de que una vez construido el PCB se suelde cada LED en la capa opuesta alas resistencias SMD.

Como ya se mencionó el PCB del convertidor CC/CC, se acopla en el Top Layer del spot de LEDs,mediante cuatro conectores hembra, dos de alimentación de Vout y GND, y los otros sin conexiónX1, X2.

Por último se establecieron reglas para el ruteo de pistas, siendo la principal de ellas el mantener unmínimo de 6 milésimas de pulgada, tanto para el ancho de las pistas como para la separación entredos partes de cobre cualquiera y agujeros pasantes con un mínimo de 0.3 mm de diámetro. Estasreglas se basaron en las parámetros mínimos de fabricación del proveedor PCB Way, para unaplaca PCB de bajo costo. Sin embargo en el diseño final de todos los PCBs, el trazado de pistas yagujeros estuvieron por encima de los mínimos para evitar el incremento de costo de manufactura.

Figura 13: Diseño PCB del spot de LEDs en Altium.

En la figura 14, se puede observar el PCB final con la matriz de LEDs soldados en una cara y en laotra los conectores tipo peineta de alimentación con las resistencias SMD de cada serie. Se mandóa fabricar ambas capas del PCB con mascara antisoldante en color negro, para dar un fondo oscuroy no desentonar con el color negro de la unidad de semáforo.

21


Figura 14: PCB final del spot de LED.

4.2. Diseño y construcción del convertidor CC/CC


El convertidor CC/CC utilizado para alimentar el Spot de LED es de tipo reductor o buck, en dondelas condiciones de diseño que se buscaron para el convertidor es:

Voltaje de alimentación VIN de 11V a 17V.

Regulación de corriente para cada valor IT del Spot rojo, amarillo y verde (ver cuadro 2).

Frecuencia de conmutación mayor a 800 kHz.

Rendimiento η > 80%.

4.2.2. Diseño del convertidor en WEBENCH

Para facilitar el diseño de convertidores, Texas Instruments ofrece una herramienta online gratuitallamada «WEBENCH» en donde basta con indicar el voltaje mínimo y máximo de alimentación,la corriente total de salida, y la frecuencia de conmutación del convertidor. Automáticamente estaherramienta propone un integrado acorde a los requerimientos, dimensiona cada componente, ge-nera una lista de materiales BOM, calcula los valores de operación, y genera también un PCB quepuede ser exportado a «Altium», esto puede observarse en la figura 15 a lo que se suma tambiénopciones como simulación del convertidor, optimización, análisis térmico, etc.

22


Figura 15: Software de diseño WEBENCH.

Dentro del software se ingresaron las especificaciones detalladas en el punto anterior, tomando losvalores VOUT e IT (ver tabla 2) del Spot rojo, ya que éste demanda mayor corriente del convertidor.Se obtuvo como resultado un convertidor CC/CC que se basa en el integrado LM3409 de TexasInstruments diseñado para aplicaciones de iluminación LED. En la ventana del software se observael esquema circuital que también puede encontrase en la hoja de datos del integrado (ver figura 16)junto con las ecuaciones para calcular los componentes, recomendaciones para el diseño del PCB,aplicaciones del convertidor y demás información propia del integrado.

23


Figura 16: Esquemático del convertidor CC/CC [14].

Los valores de los componentes calculados por el software se detallan en la tabla 3, sin embargose puede hacer el cálculo de forma manual basándose en las ecuaciones provistas en la hoja dedatos del integrado. En este caso se realizó una comprobación de valores de los componentesprincipales que definen el funcionamiento del convertidor. En la tabla 3 también se encuentran lasespecificaciones de diseño o valores de operación ingresados en el software.

Símbolo Valor Unid

COMPONENTES

COFF 470 pFROFF 6.04 kΩ

RSNS 0.19 Ω

RUV1 16.5 kΩ

RUV2 49.9 kΩ

CIN 1 uFCOUT 1 uF

L1 56 uHCBYP 1 uF

VALORES DE OPERACIÓN

Voltaje de Ingreso VIN 17 V

Voltaje de Salida VOUT 6.9 V

Corriente total IT 1260 mA

Frecuencia de conmutación fSW >800 kHz

Tabla 3: Componentes y valores de operación obtenidos en WEBENCH.

24


Los componentes ROFF , COFF , el ciclo de trabajo D y el tiempo de apagado tOFF intervienen en elcálculo de la frecuencia de conmutación fSW del MOSFET Q1, como se observa en (7) y (8):

tOFF =−ROFF × (COFF +20pF)× ln(

1− 1,24VVOUT

)(7)

tOFF =−6,04kΩ × (470pF +20pF)× ln(

1− 1,24V6,9V

)= 586,29 ns

fSW =1−DtOFF

=1−

(VO

η×VIN

)tOFF

(8)

fSW =1−

(6,9V

0,85×17V

)586,29ns

= 891 kHz

Por lo tanto se comprueba que fSW = 891kHz cumple con las condiciones de diseño. Permitiendotambién a partir del valor tOFF y L1 determinar la corriente de rizado del inductor ∆iL−PP como sepuede ver en (9).

∆iL−PP =VO× tOFF

L1(9)

∆iL−PP =6,9V ×586,29ns

56uH= 72,2mA

En el circuito de control de corriente pico (ver figura 17), otro de los componentes principalesque interviene en el funcionamiento del convertidor es la resistencia RSNS, con la cual se define lacorriente total de salida mediante (10) y (11).

IT =VADJ

5×RSNS− ∆iL−PP

2(10)

VCST =VADJ

5=

1,24V5

= 248 mV (11)

El voltaje que se genera en RSNS (VSNS ) se compara con el umbral de detección de corrienteajustable (VCST ) desactivando Q1 si VSNS>VCST , logrando así la regulación de corriente en la salidaIT . Ya que el pin 2 (IADJ ) del LM3409 se deja abierto, VADJ toma el valor máximo de 1.24V deldiodo zener D1, que a su vez aumenta el umbral de detección VCST provocando que la corrientede salida IT sea la máxima posible para esa configuración de RSNS. Por lo tanto comprobando lacorriente IT con (8) para el valor de RSNS = 0,19Ωse tiene que:

IT =1,24V

5×0,19Ω− 72,2mA

2= 1271 mA

Valor que está acorde a las condiciones de diseño.

25


Figura 17: Circuito de control de corriente pico [14].

Otras función del software «WEBENCH» es la simulación del convertidor, donde se puede visua-lizar las señales de voltaje y corriente de los principales puntos de circuito. En la figura 18, seobserva la señal de voltaje de conmutación VSW antes del inductor, el voltaje de salida VOUT , volta-je de ingreso VIN y la corriente del inductor IL1 que en la práctica viene a ser igual que la corrientede salida IT . Posteriormente en la etapa de medición con osciloscopio del convertidor, se deberánobtener señales similares.

Figura 18: Simulación del convertidor en WEBENCH.

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Por último una función interesante del software es la simulación térmica del PCB, que proporcionainformación termográfica de los puntos críticos de calentamiento (ver figura 19). Lo cual puede serde gran ayuda a la hora de diseñar y ubicar los componentes de la tarjeta PCB, con el fin de mejorarla disipación de calor.

Figura 19: Simulación termográfica del convertidor en WEBENCH.


Al igual que el Spot de LED el esquemático del convertidor se desarrolla en el mismo proyectode «Altium», (ver figura 20) tomando los componentes que propuso WEBENCH. A pesar de queel software de TI permite exportar el esquemático y el PCB con el trazado de pistas, se optópor desarrollar desde cero creando cada componente en la misma librería del proyecto. Se tomóunicamente como referencia el diseño de TI, en especial para la elaboración del PCB tomando elmismo tamaño, ubicación de componentes, número de capas, etc.

27


Figura 20: Esquemático del convertidor CC/CC en Altium.

Una consideración importante es que se adiciona una resistencia R f paralela a RSNS, con la que serealiza el ajuste de corriente de acuerdo a la salida del Spot. Para determinar R f se introduce eltérmino dentro de (9), calculando previamente la resistencia en paralelo RP:

RP = RSNS‖R f =VADJ

5(

IT + ∆iL−PP2

) (12)

R f =1(

1RP− 1

RSNS

) (13)

La resistencia calculada RSNS = 0,19Ω por el software de TI en la sección anterior, se sustituyepor un valor de RSNS = 0,56Ω y se calcula R f con (12). Estos cálculos se encuentran resumidos enla tabla 4, en donde los valores comerciales de R f para cada convertidor son :

R fro jo = 0,22Ω

R famarillo = 0,56Ω

R fverde = 1Ω .

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IT(mA) VADJ(V) ∆iL−PP(mA) RSNS (Ω ) RP (Ω ) Rf (Ω )Convertidor Spot Rojo 1260 1.24 72.2 0.56 0.19 0.28

Convertidor Spot Amarillo 840 1.24 72.2 0.56 0.28 0.56

Convertidor Spot Verde 630 1.24 72.2 0.56 0.37 1.1

Tabla 4: Cálculos de la resistencia de ajuste RP.

A partir del esquemático se genera el archivo .PcbDoc, en donde se establecen las dimensiones,forma, ubicación de componentes y trazado de pistas. Entre las principales características del PCBse encuentran:

Diseño de 4 capas con máscara antisoldante (Top Layer y Bottom Layer).

Componentes de montaje superficial SMD.

Capa de serigrafía de componentes.

Agujeros para soldar los 4 conectores macho que dan soporte mecánico y alimentación alSpot (VOUT ).

Terminales para energizado VIN .

En cuanto a los componentes SMD se utilizaron encapsulados 0805 (2 mmx1.25 mm) en resisten-cias y condensadores, siendo los únicos componentes de agujero pasante los terminales y conecto-res de alimentación (VIN y VOUT ) y la resistencia R f . En la figura 21 se observa el diseño final de«Altium» del PCB concebido para conectarse en la parte posterior del Spot de LED por medio delos conectores Vout, GND, X1 y X2. Y al igual que el Spot de LED se utilizaron las mismas reglasde ruteo, y consideraciones de diseño para su posterior fabricación con el proveedor PCB Way.

Figura 21: Diseño PCB del convertidor CC/CC.

29


En la figura 22 se observa el resultado final de la manufactura del PCB fabricada también conmascara antisoldante de color negro, que se conecta en la parte posterior del Spot.

Figura 22: PCB final del convertidor CC/CC.

4.3. Diseño y construcción del Controlador


Para el controlador de la unidad de semáforo, las condiciones de diseño se basaron en lo que ofreceel mercado en cuanto a sistemas de control que son :

Voltaje de alimentación VIN de 11V a 17V.

Seis salidas de relés con indicador LED de activado.

Capacidad de expansión de hasta 18 salidas.

Puerto de comunicación USB/RS232 para programación.

Pulsantes para prueba de salidas e inicio de secuencias.

Terminales atornillables robustos para alimentación del controlador y de cada salida de losmódulos LED.

Entradas analógicas para el uso de sensores.

Agujeros para soporte mecánico en gabinetes.

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4.3.2. Esquema de diseño

El controlador se divide en dos partes que son el módulo de control y la tarjeta de desarrolloMSP432 de Texas Instruments. La primera no es más que una tarjeta PCB con todos los peri-féricos de entrada y salida (ver figura 23), que se acopla sobre los pines de la tarjeta MSP432.La alimentación del sistema se realiza en el módulo de control, que mediante reguladores de 5Vy 3.3V brinda alimentación a la tarjeta MSP432. Cada salida de relé con su LED indicador seactivada mediante un MOSFET M.

Figura 23: Esquema del módulo de control.

Para brindar la capacidad de expansión se utiliza el principio de apilamiento que emplean muchastarjetas de desarrollo libre como el MSP432. Dicho concepto en TI se conoce como BoosterPack(ver figura 24), que a partir de una tarjeta base se agregan módulos que pueden ser de comunica-ciones, wireless, sensores, pantallas LCD, etc. En este caso el sistema permite apilar tres módulosidénticos dotando al sistema con 18 salidas.

31


Figura 24: Concepto de booster pack de Texas Instruments [16].

Al plantear este concepto de apilamiento surge un problema, por ejemplo si se toma el pin P4.1del MSP432 (ver figura 25) y se lo configura como salida, al momento de apilar solo un módulode control no abría ningún inconveniente, haciendo que el pin P4.1 controle la salida de relé 1 deese módulo. El problema se presenta cuando se trata de apilar un segundo y tercer módulo, ya queel PCB es el mismo en los tres módulos, el pin P4.1 en este caso controlaría la salida 1 de todoslos módulos, activándolos en paralelo lo cual no sería de gran utilidad si se quiere programar tresunidades de semáforo con tiempos independientes.

Para solucionar este problema y que el MSP432 pueda controlar de forma independiente cadasalida, se realiza eléctricamente la solución que se observa en la figura 25. En este caso el pinP4.1 configurado como salida pasa primeramente por una resistencia RA1 = 0Ω tipo jumper quehabilita el MOSFET M1. En este módulo # 1 no se suelda la resistencia RA3 = 0Ω , así que cuandoel controlador manda activar el pin P6.6 el MOSFET M1 no se ve afectado.

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Figura 25: Principio de activación de salidas del módulo # 1.

Por otro lado en el módulo # 2, el pin P6.6 pasa por la resistencia RA3 y habilita el MOSFET M1,como se observa en la figura 26. Al igual que en el módulo #1 no debe soldarse la resistencia RA1

para que cuando el MSP432 mande activar el pin P4.1 el MOSFET M1 no se vea afectado.

Figura 26: Principio de activación de salidas del módulo # 2.

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En el tabla 5 se detalla el mapeo de pines del MSP432 para las 6 salidas, pulsantes, entradasanalógicas y puerto serial. Las salidas 1 y 4 se utilizarán para encender módulos de LED rojo, lassalidas 2 y 5 para el amarillo y las salidas 3 y 6 para el verde.

Modulo #1 Modulo #2 Modulo #3

Salida # 1 P4.1 P6.6 P2.5

Pin del MSP432

Salida # 2 P4.6 P6.7 P3.0

Salida # 3 P2.7 P2.3 P5.7

Salida # 4 P2.6 P5.1 P5.0

Salida # 5 P2.4 P3.5 P5.2

Salida # 6 P5.6 P3.7 P3.6

Pulsante S1 P9.0

Pulsante S2 P8.0

AN0 P6.1

AN1 P4.0

Rx P3.2

Tx P3.3

Tabla 5: Mapeo de pines del MSP432.

A continuación se detallan las principales características de la tarjeta de desarrollo LaunchPadMSP432:

Microprocesador MSP432P401R de baja potencia y alto rendimiento

Frecuencia de 48 MHz, 32 bits ARM Cortex M4F con unidad de punto flotante y la acelera-ción DSP

Memoria Flash de 256kB y 64KB de RAM

Temporizadores, 4 x 16 bits y 2 x 32 bits.

Comunicación I²C, SPI, USB

Conector de 40 pines BoosterPack

Emulador XDS-110ET

2 Botones y 2 LEDs para la interacción del usuario

34


Figura 27: Tarjeta de desarrollo MSP432 de Texas Instruments [16].


Se realizó el mismo proceso para el Spot de LED y convertidor diseñando desde cero todos loscomponentes y agregando a la librería del proyecto «Altium». Con respecto al esquema se dis-tinguen tres bloques, el primero se observa en la figura 28, que corresponde a los reguladores devoltaje para +5V y +3.3V basados en los integrados LM22675 y el NCP1117.

Figura 28: Esquemático del bloque de regulación en Altium.

El segundo bloque del esquemático se observa en la figura 29, que comprende el circuito para elapilamiento de módulos descritos en la sección anterior. Se utilizaron tres integrados NUD3105D

35


de montaje superficial como controladores de cada relé, cada uno de los cuales tiene en su interiordos MOSFETs. Así también, en paralelo a cada relé, se utilizaron LEDs SMD como indicativovisual de la activación de las salidas. De igual forma para optimizar espacio se empleó un arreglode resistencias tipo jumper SMD que según el número de módulo que se quiera aplicar, se sueldanunicamente dos por placa, es decir RA1 y RA2 para el módulo # 1, RA3 y RA4 para el módulo # 2yRA4 y RA5 para el módulo # 3.

Figura 29: Esquemático del bloque de salidas en Altium.

Por último un tercer bloque, detallado en la figura 30, en donde se diseña el mapeo de pines de latabla 5 de la sección anterior. Como se observa en la figura 27 la tarjeta MSP432 tiene tres bloquesde pines, por lo que se diseñan los componentes J1, J2, J3 y J4 , que corresponden a conectoreshembra.

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Figura 30: Esquemático del bloque de mapeo en Altium.

El siguiente paso es generar el archivo .PcbDoc, en donde se realizan las dimensiones, forma,ubicación de componentes y trazado de pistas. Entre las principales características del PCB seencuentran:

Diseño de 4 capas con máscara antisoldante (Top Layer y Bottom Layer).

Componentes de montaje superficial SMD.

Capa de serigrafía de componentes.

Agujeros aislados para soporte mecánico

y alimentación al Spot (VOUT ).

Terminales para las salidas y energizado VIN , GND.

En la figura 31 se observa el diseño final en «Altium» del PCB siendo esta tarjeta la de mayorcomplejidad en el ruteado de pistas. Cabe mencionar que cada relé, indicadores de LED y termi-nales de salida se ubicaron estratégicamente en los bordes derecho e izquierdo para facilitar suidentificación y conexión de cables al energizar los convertidores del módulo LED.

37


Figura 31: Diseño PCB del módulo de control.

En la figura 32 se observa el resultado final de la manufactura del PCB fabricada también conmascara antisoldante de color negro.

Figura 32: PCB final del módulo de control.

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4.4. Programación del Sistema de Control


Para la programación del software controlador, se tomaron en cuenta las normativas vigentes delReglamento Técnico Ecuatoriano en Señalización Vial [7] con el fin de manejar términos y concep-tos técnicos similares. También se consideraron las funcionalidades de los distintos programadoresque se ofrecen en el mercado, para obtener un software de programación similar. Entre las princi-pales especificaciones del software controlador están:

Calibración del ciclo total de la secuencia de operación.

Tiempo de transición ajustable (duración del color amarillo).

Secuencia de encendido prefijada.

Manejo de hasta 2 fases por cada módulo de control (2 semáforos).

Calibración independiente del tiempo de duración de cada intervalo (rojo, amarillo, verde)de una fase.

La programación del controlador se define en dos etapas que son el algoritmo de control y elsoftware de PC. El primero encargado de correr la secuencia de operación y activar las salidas delmódulo de control, mientras que el segundo permite simular y cargar los tiempos de duración decada intervalo y ciclo total en el controlador.

4.4.2. Algoritmo de controlador y Software del PC

El algoritmo de control se programa con el IDE de desarrollo de Texas Instruments llamado «Ener-

gia» (ver figura 33), en donde se ingresa el código para configuración de pines, creación de va-riables, comunicación serial, lazo principal de secuencia de operación, subrutinas para lectura dedatos, activación de salidas, secuencias de seguridad, etc.

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Figura 33: Entorno de desarrollo Energia.

El código del algoritmo de control realiza en primer lugar la configuración de todos los pines segúnel mapeo de la tabla 5 de la sección 4.3.2 , posteriormente se carga la secuencia de encendidodurante un tiempo fijo que comprende a las salida 2 y 5 en intermitente (Spot Amarillo) y salidas1 y 4 fijas (Spot Rojo). A continuación se habilita la comunicación serial y se ingresa en el lazoprincipal del código, en donde el microprocesador ejecuta la subrutina principal con la secuenciade operación. Previo a esta subrutina se crea una matriz de secuencia donde se guarda en cada filael estado de todas las salidas correspondiente a cada intervalo.

Para comprender cómo se ejecuta la secuencia de operación en la tabla 6, se muestra un ejemplode una secuencia con un ciclo total de 11 segundos. Mediante un contador que va desde i=0 hastael tiempo total del ciclo, se toma el valor (0=apagado, 1=activado) de toda la fila de la posición ide la matriz y se lo pasa al correspondiente pin de salida del MSP432. Una vez que i es igual a11 se reinicia el contador y comienza nuevamente la secuencia, utilizando en todo este proceso unTimer que se ejecuta cada segundo para el incremento de la variable i.

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FASE 1 FASE 2

i Salida 1 Salida 2 Salida 3 Salida 4 Salida 5 Salida 6 i

0Intervalo 1

0 0 1 1 0 0

Intervalo 1

0

1 0 0 1 1 0 0 1

2 0 0 1 1 0 0 2

3Intervalo 2

0 1 0 1 0 0 3

4 0 1 0 1 0 0 4

5

Intervalo 3

1 0 0 1 0 0 5

6 1 0 0 0 0 1Intervalo 2

6

7 1 0 0 0 0 1 7

8 1 0 0 0 0 1 8

9 1 0 0 0 1 0Intervalo 3

9

10 1 0 0 0 1 0 10

11 1 0 0 1 0 0 Intervalo 4 11

Tabla 6: Matriz secuencial.

En el mismo lazo principal a mas de la subrutina de secuencia se ejecuta también una subrutina decomunicación siempre y cuando se reciba algún dato por el puerto serial. Dentro de este bloquede código se reciben los tiempos de cada intervalo, el ciclo total, y una variable llamada estadoque sirve para determinar el orden de activación de las salidas en cada fase. De igual forma enel lazo principal se verifica en todo momento el estado de los pulsantes que activan a su vez lasecuencia de seguridad y la de test. En la secuencia de seguridad las salidas correspondientes alSpot amarillo permanecen intermitentes, mientras que para la secuencia de test se activan todas lassalidas durante una determinado tiempo.

En cuanto al software del PC este básicamente permite hacer una simulación de la secuencia deoperación antes de cargarla en el controlador, permitiéndole al usuario modificar los tiempos decada intervalo y las condiciones de activación de cada salida. Cuando se decide cargar los datosen el controlador el software comprueba automáticamente si los datos se transfieren, o no, conéxito, notificando en todo momento al usuario en el monitor serial. En la figura 34 se observala interfaz gráfica desarrollada en «Visual Studio» en donde se define claramente cada fase consus respectivos tiempos de intervalos, estos últimos representados también mediante barras parapermitir una mejor visualización y acorde al estándar que se maneja en el mercado en cuanto asoftware de programación.

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Figura 34: Interfaz gráfica del software del PC.

4.5. Ensamblaje final

En la figura 35 se observan las pruebas de funcionamiento de todo el sistema ejecutando unasecuencia de prueba:

Figura 35: Pruebas del sistema semafórico.

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4.6. Dimensionamiento de la batería de respaldo

Para dimensionar una batería de respaldo en primer lugar se debe determinar el máximo consumoeléctrico del sistema, que este caso se obtiene cuando el módulo de control activa dos salidas decolor rojo. Siendo la corriente total igual a:

IT sistema = 2 · IT spot ro jo = 2 (1260mA) = 2520mA

Asumiendo el valor nominal de alimentación de 17V la potencia es:

PT sistema =VIN · IT sistema = 17V (2520mA) = 42,84W

Posteriormente se calcula la capacidad C en amperios-hora que se desea que supla el sistema, paraun tiempo estimado de 4 horas, que es lo recomendable para un sistema semafórico:

C = IT sistema · t = 2520mA×4h = 10Ah

En la siguiente etapa se puede utilizar las gráficas de selección de capacidad de baterías, provistaspor los distintos fabricantes [15]. Para este cálculo se utilizaron las curvas de baterías de plomo-ácido de la marca Power Sonic (figura 36) que según el tiempo y corriente de descarga de 4 horasy 2.52 A y tomando el inmediato superior para tener un margen de seguridad, le corresponde unabatería de 18.0AH.

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Figura 36: Curva de capacidad para selección de baterías marca Power Sonic [15].

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5 Experimentación y resultados

5.1. Análisis del Spot de LED

En primer lugar se hacen las pruebas con cada Spot de LED sin el convertidor con la finalidad decomprobar los valores de voltaje y corriente calculados en la etapa de diseño. Para ello se conectacada spot mediante una fuente de laboratorio en los terminales VOUT y GND y se mide la corrientetotal, voltajes de cada LED y resistencia en uno de los ramales escogido al azar de la matriz de3x42. Estos resultados se observan en la tabla 7, en donde el principal valor a comprobar es lacorriente total IT ya que de esta depende que el Spot alcance los valores requeridos de intensidadluminosa total SP .

VALORES CALCULADOS

VOUT (V) IF(mA) VF(V) VR(V) IT(mA) PT (W)

Spot Rojo 6.90 30 2.2 0.30 1260 8.69

Spot Amarillo 6.50 20 2.1 0.20 840 5.46

Spot Verde 9.45 15 3.1 0.15 630 5.95

VALORES MEDIDOS

Spot Rojo 6.90 29.8 2.20 0.29 1250 8.62

Spot Amarillo 6.50 20.0 2.10 0.20 841 5.47

Spot Verde 9.45 14.9 3.11 0.14 629 5.93

Tabla 7: Mediciones del Spot de LED.

5.2. Análisis del Convertidor CC/CC

A continuación se conecta el convertidor CC/CC a cada Spot y se repite el proceso de medición,que se observa en la tabla 8. En este caso la potencia PT se calcula a partir del voltaje y corriente deingreso (VIN , IIN) . Al igual que en el punto anterior el principal valor a comprobar es la corrientetotal IT que entrega el convertidor. Adicional a esto mediante un osciloscopio se obtienen lasseñales VOUT y VSW de cada Spot para VIN = 17V (ver figuras 37, 38 y 39), en donde se compruebaefectivamente que la frecuencia de conmutación se ajusta según el voltaje de salida.

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VALORES MEDIDOS

VIN (V) IIN (mA) VSW(V) fSW(kHz) VOUT (V) IT(mA) PT (W)

Spot Rojo 17 960 10.6 952.3 7 1460 16.32

Spot Amarillo 17 380 9.8 965.2 6.2 842 6.46

Spot Verde 17 410 11.6 1009 9.2 650 6.97

Promedio de la Unidad de semáforo 29.75

Tabla 8: Mediciones del convertidor del módulo LED.

Figura 37: Señales VOUT y VSW del convertidor del Spot Rojo.

Figura 38: Señales VOUT y VSW del convertidor del Spot Amarillo.

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Figura 39: Señales VOUT y VSW del convertidor del Spot Verde.

Como parte del diseño del convertidor se comparan la imagen termográfica simulada por el softwa-re «WEBENCH» con una imagen termográfica real (ver figura 40) del convertidor CC/CC con unatemperatura promedio de 45°C, después de 8 horas de funcionamiento continuo. Aquí se puedeobservar que los puntos mas críticos de generación de calor son el inductor, el diodo Schottky, y elMOSFET, debido que por estos componentes circulan la corriente máxima de salida. Para finalizarcon el análisis del convertidor CC/CC, en la tabla 9 se observan los resultados de una prueba de re-gulación de corriente, que se realiza variando el voltaje de alimentación en un rango de 10V a 20V.Como se puede ver la corriente IT se mantiene dentro de un rango que no afecta en la intensidadluminosa total del Spot.

VALORES MEDIDOS

VIN (V) IIN (mA) VOUT (V) IT(mA) PT (W)

10 1200 6.90 1330 11.81

11 1130 6.50 1390 12.44

12 1120 9.45 1230 10.57

13 1010 6.90 1430 13.28

14 970 6.50 1430 13.17

15 910 9.45 1470 13.36

16 980 6.90 1440 15.76

17 960 6.50 1460 16.4

18 770 9.45 1500 13.87

19 740 6.90 1500 14.67

20 710 6.50 1490 14.21

Tabla 9: Regulación de corriente del Spot rojo.

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Figura 40: Imagen termográfica del Spot Rojo.

5.3. Análisis del controlador

Para las pruebas de funcionamiento del controlador se conectaron las salidas 1, 2 y 3 del módulode control hacia su respectivo Spot de LED como se observa en la figura 5, alimentando todo elsistema con una fuente de laboratorio. Se programó una secuencia de operación similar al ejemplode la tabla 6 (sección 4.2.2) pero con los siguientes valores:

Ciclo total de 60 segundos

FASE 1: Intervalo 1 = 29 seg, Intervalo 2 = 3 seg, Intervalo 3 = 28seg.

FASE 2: Intervalo 1 = 35 seg, Intervalo 2 = 19 seg, Intervalo 3 = 3seg, Intervalo 4 = 3seg.

En cuanto a lo que se puede analizar del sistema con respecto al consumo eléctrico total, éste serelaciona directamente con la cantidad de módulos LED que se encienden al mismo tiempo. Enun secuencia normal de operación con dos fases F1 y F2, en el controlador siempre se activandos módulos LED al mismo tiempo, donde el máximo consumo de energía de la secuencia deoperación, se obtiene al encender los módulos LED de color rojo que son los que demandan mayorcorriente. A partir de las mediciones de la tabla 9, para el valor nominal de 17V la corriente totaldel sistema sería 2xIIN = 2×0,96A = 1,92A y la potencia 2xPT = 2×16,4W = 32,8W , mientasque para un voltaje mínimo de VIN = 10V la corriente es 2,4A y la potencia 23,62W .

En resumen la potencia máxima del sistema es 32,8W , mientras el promedio de toda la unidad desemáforo (ver tabla 8) es 29,75W , que está por debajo del valor calculado de 42,84W con el quese dimensiona la batería de respaldo.

5.4. Presupuesto

En la siguiente tabla se detalla el costo aproximado de la manufactura de los PCBs.

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Lista de Materiales Cantidad Valor unitario Valor total

PCB Spot de LED 195x195mm 3 $1.3 $3.9

PCB convertidor 55x50mm 3 $8.5 $25.5

PCB controlador 111x84mm 1 $17.2 $17.2

MSP432 de Texas Instruments 1 $12.99 $12.99

BOM de materiales 1 $112.7 $112.7

Diseño de los PCBs 220horas $5 $1100

Soldadura de componentes 80horas $5 $400

Costos de envío de los PCB 1 $130 $130

Materiales y herramientas 1 $50 $50

TOTAL $1852.29

Tabla 10: Costo de elaboración de los PCBs

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6 Conclusiones

Para diseñar un prototipo con aspiraciones comerciales de venta, es necesario hacer un estudioprevio de los sistemas que ofrece el mercado, identificar sus debilidades, y sobre todo basarseen la normativas que rigen en el sector con finalidad de proponer mejoras en cuanto a eficienciaenergética e innovaciones en los sistemas tradiciones.

En el diseño del Spot respecto al desarrollo de la distribución geométrica se demuestra que elcombinar herramientas de diseño como «AutoCAD» ahorra tiempo y facilita la ubicación de com-ponentes, que hubiera resultado imposible de lograr en la ventana de diseño de PCB de «Altium».En cuanto al esquemático al diseñar una matriz de tres diodos en serie, en caso de pérdida de uno delos ramales no se vería afectada la intensidad luminosa total, al igual que el utilizar una resistenciaal final de la serie brinda estabilización y balance de corriente en toda la matriz.

Se comprobó que el convertidor CC/CC diseñado con el software «WEBENCH» en la etapa depruebas y mediciones cumple con las especificaciones de diseño ingresadas, en especial en laregulación de corriente ante cambios del voltaje de entrada, demostrando un consumo bajo depotencia. El concepto de diseñar el PCB para conectarse en la parte posterior del Spot de LEDfacilita la sujeción, conexión eléctrica y el reemplazo en caso de fallo.

En cuanto al diseño del controlador el módulo final cumple con las características básicas de un«BoosterPack» de Texas Instruments, permitiendo apilar hasta tres módulos y con ello manejarseis unidades de semáforo. El uso de tecnología SMD en el diseño del PCB permitió obtener unatarjeta de tamaño reducido, logrando ubicar sin problema los componentes de cada periférico comoreguladores de voltaje, pulsantes de test, conectores de alimentación, puerto de comunicaciones yrelés de activación. De igual manera el usar una de las tarjetas de desarrollo de altas prestaciones,bajo consumo, confiable para aplicaciones de tiempo real como el LauchPad MSP432, permite op-timizar los tiempos de desarrollo de prototipos, centrando toda la atención en las funcionalidadesque se desea para el proyecto, sin preocuparse de la circuitería necesaria propias de los micropro-cesadores.

Por último el software de programación maneja los conceptos y términos propios de estos sistemas,que permite simular, configurar los intervalos de cada fase y el tiempo de ciclo total de la secuenciade operación. Mediante un protocolo industrial de comunicaciones el usuario puede cargar losdatos en el controlador, contando también en el software con un monitor serial para verificar latransferencia correcta de datos.

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7 Recomendaciones

Para el diseño de iluminación LED se pueden utilizar las hojas de datos de los componentes pa-ra determinar los valores de intensidad luminosa del LED, sin embargo si se diseña un arreglomatricial como el caso del Spot es necesario comprobar con un instrumento propio como el espec-trómetro.

En cuanto a la calibración del convertidor CC/CC para una determinada corriente, se recomiendautilizar el pin del integrado propio para el ajuste de corriente IADJ mediante una señal analógicaexterna. Esto puede ser útil si desea por ejemplo, que a partir de un sensor de luz, se ajuste au-tomáticamente la iluminación y por ende aumentar o bajar el consumo del Spot de LED según elambiente externo.

Para el diseño multicapa del PCB de ser posible los planos internos deben corresponder a la alimen-tación Vcc y GND. Esta consideración de diseño a más de facilitar el trazado de pistas es óptimopara el apantallado de ruidos y disipación de calor. Dentro de este proceso de diseño también serecomienda establecer y configurar en el software de diseño las reglas de ruteo de acuerdo a las es-pecificaciones del fabricante, como en este caso el proveedor online PCB Way. Esto permite evitarposibles sobreprecios debido a trazos de pistas que requieren una manufactura mas compleja.

En cuanto al software de PC conviene desarrollar algoritmos genéricos en un lenguaje orientado aobjetos como C#,C++ que no dependan de librerías exclusivas del IDE en el que se esté diseñandola aplicación.

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8 Trabajo futuro

Para el módulo LED se puede proponer un diseño que unifique tanto el PCB del LED como elconvertidor CC/CC. Se puede pensar esta solución ya que los componentes de convertidor noocupan un gran espacio en el PCB.

En cuanto al controlador se debería agregar una interfaz gráfica que permita su programaciónsin necesidad de un PC. De igual forma se puede incorporar al módulo de control la etapa delconvertidor AC/CC con todo el circuito necesario para que en caso de pérdida de energía, el sistemarealice la conmutación automática a un banco de baterías de respaldo. Así también en una siguienteetapa de diseño, se podría incorporar al PCB el microprocesador, manteniendo el concepto deexpansión de salidas.

Por último para el controlador es necesario contar con un monitor de conflictos que en caso defallos de programación impida la aparición de patrones de iluminación potencialmente peligrososen una intersección. Mantener el concepto de «BoosterPack» de TI para el controlador permiteque el sistema sea escalable, es decir si se necesita dotar con comunicación inalámbrica basta conagregar el módulo, logrando que una tarjeta base de bajo costo se le agreguen los módulos segúnla necesidad del cliente.

Para la etapa de control de calidad se debe crear un banco de pruebas que someta a todo el sistemaa las máximas cargas, es decir activando todas las salidas del módulo para detectar posibles fallos,como recalentamientos de componentes, fugas de corriente, aislamiento eléctrico, etc. La siguienteetapa del control de calidad sería armar toda la estructura semafórica e instalarla a la intemperie.

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Bibliografía

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