Semáforo

• INTRODUCCIÓN
• MEMORIA
• ESQUEMAS
• DESCRIPCIÓN TÉCNICA
• CALCULOS
• LISTADO DE COMPONENTES
• PRESUPUESTO
• ANEXOS
• BIBLIOGRAFÍA E INFORMACION
LOS MICROCONTROLADORES
Estos pequeños dispositivos están conquistando el mundo. Están presentes en
nuestro trabajo, en nuestra casa y en nuestra vida en general. Se pueden encontrar en el ratón y en el teclado
de las computadoras, en los teléfonos, en los hornos microondas y en los televisores de nuestro hogar. Pero la
invasión acaba de comenzar y el nacimiento del siglo XXI será testigo de la conquista masiva de estas
diminutas computadoras, que controlarán la mayor parte de los aparatos que fabricamos y usamos los
humanos.
¿Qué es un Microcontrolador?
Es un circuito integrado programable que contiene todos los componentes de un computador. Se emplea para
controlar el funcionamiento de una tarea determinada y, debido a su reducido tamaño, suele ir incorporado en
el propio dispositivo al que gobierna. Esta ultima característica es la que le confiere la denominación de
controlador incrustado (embedded controller).
El Microcontrolador es un computador dedicado. En su memoria solo reside un programa destinado a
gobernar una aplicación determinada; sus líneas de entrada / salida soportan el conexionado de los sensores y
actuadores del dispositivo a controlar y todos los recursos complementarios disponibles tiene como única
finalidad atender sus requerimientos. Una vez programado y configurado el microcontrolador solamente sirve
para gobernar la tarea asignada.
Un microcontrolador es un computador completo, aunque de limitadas prestaciones, que está contenido en
el chip de un circuito integrado y se destina a gobernar una sola tarea
¿Qué diferencias hay entre Microcontrolador y Microprocesador?
Un microprocesador es un sistema abierto con el que puede construirse un computador con las características
que se desee, acoplándole los módulos necesarios.
Un Microcontrolador es un sistema cerrado que contiene un computador completo y de prestaciones
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limitadas que no se pueden modificar.
Estructura de un sistema abierto basado en un microprocesador. La disponibilidad de los buses en el exterior
permite que se configure a la medida de la aplicación.
El microcontrolador es un sistema cerrado. Todas las partes del computador están contenidas en su interior y
solo salen al exterior las líneas que gobiernan los periféricos
ARQUITECTURA INTERNA
Un microcontrolador posee todos los componentes de un computador, pero con unas características fijas que
no pueden alterarse.
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Las partes principales de un microcontrolador son:
1º Procesador
2º Memoria no volátil para contener el programa
3º Memoria de lectura y escritura para guardar los datos.
4º Líneas de E/S para los controladores de periféricos:
• Comunicación paralelo
• Comunicación serie
• Diversas puertas de comunicación (bus I2C. USB, etc)
5º Recursos auxiliares
• Circuito reloj
• Temporizadores
• Perro Guardián (Watchdog)
• Conversores AD y DA
• Comparadores analógicos
• Protección ante fallos de la alimentación
• Estado de reposo o de bajo consumo
Después de haber explicado básicamente en que consiste un microcontrolador y en que se diferencia de un
microprocesador, pasamos a explicar en que consiste nuestro proyecto y como usamos y aprovechamos sus
especiales características.
El germen de este proyecto fue un circuito que encontramos en la Web, era solo una aplicación práctica de
cómo usar un microcontrolador y gobernar una serie de secuencias controladas por un tiempo previamente
calculado en base del reloj del Micro, este es el esquema del proyecto inicial.
En él solo estaba previsto una rutina de encendido y apagado de las luces.
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Como podemos observar es muy básico, pero eficaz para realizar diversas experiencias con el micro, en
nuestro caso quisimos ampliar y desarrollar este circuito, añadiéndole mas luces, mas rutinas y que además
fuera capaz de controlar luces de corriente alterna.
El primer problema, el programa, lo analizamos, realizamos un prototipo del cruce para comprobar que
funcionaba, efectivamente funcionaba pero los tiempos no se controlaban bien, por lo que se decidió cambiar
todo el programa completo. El nuevo programa debía controlar las luces de forma independiente, además de
tener dos interrupciones que con sus combinaciones nos daría la posibilidad de elegir la secuencia deseada,
como se observará en el circuito final, las salidas entradas ya no se corresponden.
Otro problema, ¿Como controlarlo todo con el micro? imposible, ya que este tiene unas limitaciones de
Intensidad máxima por patitas y puertas, este problema se solucionó usando las salidas para polarizar las bases
de unos transistores, aumentando la posibilidad de elementos a controlar solo usando microamperios, los
necesarios para la Ib. Así que las salidas del micro iría a las bases de los transistores, en este caso hemos
usado unos transistores npn BC457, que a su vez permitirían la alimentación de los leds, elevando la Imax CE
de hasta 60mA
CRUCE DE SEMÁFOROS AUTÓNOMO GOBERNADO POR UN MICROCONTROLADOR
Suponemos un cruce de cuatro calles en las cuales disponemos un semáforo en cada esquina los cuales irán
encendiéndose y apagándose simultáneamente dos a dos (1/3 y 2/4), además de controlar los semáforos de
peatones, estos están situados en todas las calles enfrentados unos a otros para el paso bidireccional de los
peatones.
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Tanto los peatones como los 4 semáforos de la placa de los leds están controlados por las salidas del Micro,
que a su vez controla los transistores que dependiendo de que esté en estado de corte o saturación harán que se
enciendan o apaguen los leds.
La placa en la que se encuentra tanto la F.A. como los OptoTriac se aprovechan las salidas del Micro para
activar los Optos y estos son los que hacen que se enciendan o apagen los neones correspondientes a cada
semáforo y a los peatones. Tener en cuenta que al incorporar estos elementos hemos conseguido separara
físicamente al Micro de la C.A. ya que la ventaja que tienen los OptoTriac es precisamente esa, estos
elementos se componen de un led, un triac y a la puerta del triac un detector de luz, el cual dispara al Triac
cuando recibe luz del led al pasar la corriente necesaria.
Las rutinas van escritas dentro del programa, y se pueden seleccionar mediante la manipulación de los
interruptores que van conectados a Rb0 y Rb1, estas rutinas incluyen una conducción de día, de noche y
averías. Para evitar problemas de rebotes y podamos enviar información errónea al micro, estas señales están
producida por dos biestables tipo J−K, realizadas en un 74LS00N, con lo que obtenemos, 0 y 1 sin rebotes.
Día: se le da la misma importancia al peatón que a los coches, por cada ciclo de semáforo(1/3 ó 2/4) se dejará
pasar a los peatones.
Tabla de la verdad de los biestables
Int 1
0
1
−
Int 2
0
0
1
Rutina
DIA
NOCHE
AVERIA
Noche: se le da mas importancia a los coches, por lo que se dejará pasar a los peatones por cada ciclo
completo de los dos semáforos (1/3 y 2/4)
Avería: sea cual sea la rutina anterior seleccionada se quedará suspendida y solo se encenderán las luces
ámbar en intermitencia(supuesto de imprevistos, reparaciones, etc)
También podemos controlar el tiempo de encendido y apagado de las luces, con solo modificar las rutinas,
otra ventaja de gobernar estos semáforos por un micro es que podemos realizar cuantos cambios de rutinas
queramos sin tener que hacer ningún cambio físico en la disposición de las luces de los cruces, con tan solo
modificar el programa que contiene el micro(reprogramar).
VISTA DEL CRUCE
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ESQUEMAS ELECTRICOS DEL CIRCUITO
POR BLOQUES
Micropic
F.A. Estabilizada
Biestable 74LS00N
Esquema interno
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Esquema eléctrico, de 2 puertas NAND.
En el circuito del biestable solo está representado una interrupción, como el integrado se compone de cuatro
puertas, repetir la misma operación con las otras dos.
Esquema de los semáforos
Esquema semáforos de peatones
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Esquema semáforos con neones
Esquema semáforo de peatones con neones
DESCRIPCIÓN TÉCNICA
BIESTABLE:
Cada vez que activamos un interruptor se crean unos pequeños rebotes, estos rebotes son a escala de
milisegundos, e incluso microsegundos, estos rebotes para nosotros son imperceptibles, pero para el
funcionamiento del Micro no lo es, por lo que necesitamos un algo que los elimine, para ello vamos a usar un
circuito, llamado BIESTABLE(ya que tiene dos estado estables).
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El circuito es un FLIP−FLOP J−K, formado por dos puertas NAND. Cuando mediante el interruptor se cierra
el contacto A, la salida del circuito se pone a 1· y se mantiene así hasta que se cierre el contacto B, momento
en el que la salida del circuito pasará a 0. Con esto se consigue que a la entrada del Micro le llegue un impulso
CLARO, sin rebotes.
SEMÁFOROS CON LEDS
El funcionamiento de los semáforos se basa en el stado de corte o saturación que tenga el transistor asociado a
cada grupo de Leds y Optos. Al llegar un N.A. procedente del Micro, a la base del transistor se producirá la
saturación del mismo y se encenderán todos los leds asociados, que están en paralelo. Al llegar un N.B. los
transistores pasarán al estado de corte y esto hará que se apaguen los leds asociados.
Hemos optado por colocar los transistores ya que la suma de las intensidades requeridas por el circuito
sobrepasaba la proporcionada por el Micro, poniendo a este en peligro, por lo que al colocar este circuito
realizado con transistores, solo necesitamos microamperios para manejar el mismo, dejando el Micro a salvo.
SEMÁFOROS CON NEONES
El funcionamiento de los dos circuitos es idéntico, con la única diferencia es que en vez de activar a un led
externo, activa a un Optotriac(TLP3041, ó MOC3041), elemento que se compone de un led y un triac, al que
está conectado un detector de luz al gatillo del mismo, mientras el led interno esté apagado el Triac no
conduce, pero en el momento q el led se enciende, el Triac comienza a conducir.
Añadiendo este elemento hemos conseguido una cosa muy importante en este tipo de montajes en los que se
mezclan C.A. y C.C. y es la separación física de las mismas gracias al Optptriac, ya que entre el led y el
detector de luz hay un espacio físico, que solo es traspasado por la luz del led, evitando retornos, picos, y
posibilidades de errores.
Nosotros no hemos decantado por neones que funcionan a 220Vac, por las limitaciones del Optotriac, pero
cambiando este elemento por otro de mas potencia, el circuito es perfectamente viable a utilizar con
componentes de mas potencia.
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CALCULOS
Control de dos leds.
Biestable 74LS00N
Listado de componentes y presupuesto
Item
Micropic 16F84A
74LS00N
TLP3041(MOC3041)
BC547
PLACAS FOTOSENSIBLES 150X200MM
NEON VERDE
NEON ROJO
NEON AMBA
LED ROJO
LED VERDE
LED AMBAR
PUENTE REC. B125
COND. 470 uF
COND. 100nF
REGULADOR LM7805
DISIPADOR
MICROINTERRUPTORES
FICHAS EMPALME
TRANSFORMADOR 220v/7,5v 0'5 Amp
RESISTENCIA 8K2
RESISTENCIA 240
RESISTENCIA 390
PAPEL FORRO
TORNILLERIA
TOTAL
Qty
1
1
8
16
2
12
12
4
12
12
4
1
1
1
1
1
2
2
1
16
8
2
1
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Unidad
2000
220
171
50
1300
217
217
217
45
45
45
150
30
25
100
225
190
100
810
5
5
5
310
50
Subtotal
2000
220
1368
800
2600
2604
2604
868
540
540
180
150
30
25
100
225
380
200
810
80
40
10
310
800
17.484 Pts
IVA
320
35,2
218,88
128
416
416,64
416,64
138,88
86,4
86,4
28,8
24
4,8
4
16
36
30,4
16
129,6
0,8
0,8
0,8
49,6
8
2.613 Pts
10
A PAGAR 20.097 Pts
120,78 €
• MICROCONTROLADORES 2ª EDICIÓN
DISEÑO PRACTICO DE APLICACIONES
Autores: J. Mª Angulo Usategui
Ignacio Angulo Martínez
• INTERNET
http://www.gherson.homepage.com/
http://usuarios.intercom.es/tmenm/MotorDC.html
http://lupus.worldonline.es/ivantrue/ingenieriayelectronica.htm
http://welcome.to/karpoff
http://www.galeon.com/microchip/
http://www.terra.es/personal/fremiro/home.htm
http://saturno.diee.unican.es/pagina_nueva1.htm
http://www.arrakis.es/~msyseng/
http://www.miguelo.com.ar/mchip/index.html
http://members.nbci.com/et12_micros/pagina_n.htm
http://www.pablin.com.ar/electron/circuito/mc/secuen/index.htm
http://members.nbci.com/electronicos/sitios.htm#Circuitos
http://www.arrakis.es/~msyseng/software.htm
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Con N.A. en la base, circula intensidad por el Led
Con N.B. en la base, no circula intensidad por el Led
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