Luz Nocturna Activado Con Rele

Dedicatoria

A Dios, por permitirme llegar a este momento tan especial en mi vida. Por lostriunfos y los momentos difíciles que me han enseñado a valorarlo cada día más,A mi madre por ser la persona que me ha acompañado durante todo mi trayecto estudiantil y de vida, para convertirme en una profesional. A mi padre quien con sus consejos ha sabido guiarme para culminar mi carrera profesional. A mis amigas, que gracias al equipo que formamos logramos llegar hasta el final del camino y que hasta el momento, seguimos siendo amigas: Edda Almeida y María Lucas. A mis profesores, gracias por su tiempo, por su apoyo así como por la sabiduría que me transmitieron en el desarrollo de mi formación profesional.

Agradecimiento

En primer lugar doy infinitamente gracias a Dios, por haberme dado fuerza y valor para culminar esta etapa de mi vida. Agradezco también la confianza y el apoyo brindado por parte de mi madre, que sin duda alguna en el trayecto de mi vida me ha demostrado su amor, corrigiendo mis faltas y celebrando mis triunfos. A mi hermano, que con sus consejos me ha ayudado a afrontar los retos que se me han presentado a lo largo de mi vida. A mi padre, que siempre lo he sentido presente en mi vida. Y sé que está orgulloso de la persona en la cual me he convertido

Índice

1. INTRODUCCION

Con los conocimientos adquiridos en electrónica, durante el cursado de la materia se seleccionó un proyecto sencillo que se pueda armar en una placa experimentar y que funcione correctamente.

El proyecto seleccionado es un circuito sencillo que enciende y apaga una luz mediante un sensor que cuando disminuye la luz ambiente se enciende y cuando la luz ambiente es mayor, se apaga. Como aplicación resulta un montaje ideal para quien llega a casa de noche y desea encontrar las luces encendidas o también para quien no puede estar en determinado lugar para encender o apagar las luces al anochecer o amanece, además de evitar el gasto excesivo de energía eléctrica, porque mantiene las luces encendidas sólo mientras falta luz natural, también ayuda a economizar la presencia de un operador humano para conectarlas o desconectarlas.

El proyecto utiliza una configuración poco común de circuito de disparo con el temporizador 555 y con relé puede controlar lámparas de las redes domiciliarias tanto de 110V como de 220V con potencias suficientes para la mayoría de las aplicaciones, en la red de 110V podemos controlar hasta 200 W de lámparas y en la red de 220V hasta 400 W. Para demostrarlo solo se utiliza una batería de 9V, un LED como lámpara y sin relé.

Este trabajo trata sobre el proyecto de luz nocturna automática, que es de mucha utilidad en la sociedad en que vivimos.

Un sistema de luz nocturna automática puede tener muchas utilidades, además este proyecto beneficia a la mayoría de personas debido a que evita el gasto excesivo de energía eléctrica, esto se debe a que este sistema tiene una pieza especial llamada resistencia LDR (fotorresistencia).

La fotorresistencia es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente, también puede ser el valor variado dependiendo de la cantidad de luz que ilumina, un LDR está compuesto por materiales de estructura cristalina, los cristales más utilizados son: Sulfuro de Cadmio y Seleniuro de Cadmio.

El LDR puede ser usado en diferentes circuitos como en los siguientes:

• Luz nocturna de encendido automático.

• Relé controlado por luz.

La fotorresistencia suele ser más utilizada en aquellos circuitos donde se debe detectar la ausencia de luz del día.

También el trabajo trae detalladamente la explicación de este proyecto, como podemos realizarlo y cuales son sus funciones en la vida diaria, se enseña un esquema donde se pueden observar las piezas que estamos utilizando y se explicara detalladamente las que se consideren importantes, además también se presenta lo que es el precio por cada pieza y el total de gastos.

Esta lámpara se enciende automáticamente al anochecer y se apaga por la mañana. Es totalmente automática y se basa en la propiedad de sensibilidad a la luz de una LDR. A diferencia de otros sencillos circuitos basados en LDR, este circuito no provoca el parpadeo de la lámpara durante el encendido o apagado de ésta (inestabilidad en el momento de la conmutación), por lo que se se pueden emplear lámparas fluorescentes y lámparas CFL (fluorescentes compactas). Para ello el circuito usa la acción trigger schmitt del chip temporizador 555 para realizar una conmutación limpia.

Una LDR y el chip temporizador 555 se emplean en el circuito para realizar la conmutación automática por nivel de luz ambiental. La LDR presenta una resistencia elevada (de unos 10 Megohms) en plena oscuridad, pero su resistencia disminuye hasta 100 ohmios (o menos) cuando es iluminada plenamente por la luz solar. Por ello las resistencias LDR son componentes ideales para realizar circuitos de encendido y apagado automático de lámparas por presencia o ausencia de la luz solar. Aquí se emplea el popular chip 555 en configuración Trigger schmitt para realizar este cometido.

Trigger schmitt

El popular chip temporizador 555 tiene dos comparadores internos: Un comparador de umbral (Threshold) y un comparador para disparo (Trigger). La acción set y reset de estos comparadores pueden ser usados para acciones on/off. Aquí el chip 555 actúa como biestable con disparo trigger schmitt. El comparador de umbral (Threshold) del 555 actúa al alcanzar 2/3 de la tensión de alimentación, mientras que el comparador de disparo (trigger) actúa al alcanzar 1/3 de la tensión de alimentación. En este circuito, las entradas de ambos comparadores, patillas 6 y 2 respectivamente, están unidas y conectadas al punto de unión de la LDR y el ajustable VR1.

Durante el día, la LDR presenta baja resistencia al ser iluminada por la luz diurna, por lo que la patilla 6 se pone a una tensión por encima de 2/3 Vcc. Esto resetea el Flip-Flop interno del 555. Al mismo tiempo la patilla 2 se pone a una tensión superior a 1/3 Vcc. En estas condiciones, la salida del 555 (patilla 3) se pone a estado bajo. T1 queda polarizado en corte (no conduce) y no se provoca la activación del relé RL.

Cuando la iluminación sobre la LDR disminuye, su resistencia aumenta, y con ello disminuye la tensión aplicada a las entradas 6 y 2 de los comparadores internos del 555. Cuando disminuye por debajo de 2/3 Vcc y 1/3 Vcc respectivamente, provoca que la salida (patilla 3) del 555 conmute a estado alto. Esto polariza al transistor T1 a conducción, y por tanto provoca la actuación del relé RL. Éste cierra el contacto Common (común) sobre el ON (Normalmente abierto). Conectando a través de estos dos contactos uno de los dos conductores de una toma eléctrica para la lámpara (preferiblemente la línea de fase), estos contactos actúan como interruptor operado por la luz.

El ajustable VR1 sirve para ajustar la sensibilidad del circuito para un nivel de iluminación dado para el cual se produce el encendido automático de la lámpara. El condensador C2 filtra variaciones de tensión en la salida del 555 durante la conmutación para favorecer una conmutación limpia del transistor T1 y evitar así que el relé RL vibre en esos instantes. El diodo D1 cortocircuita las corrientes autoinducidas generadas en la bobina del relé cuando T1 conmuta a corte.

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Alumbrar un ambiente que da a la calle y que es oscuro al anochecer. Hoy en dia la tecnologia nos hace la vida mas simple, nos ahorra tiempo y esfuerzo, por lo que un interruptor automático que se enciende de noche es ideal para quienes no desean estar pendiente del alumbrado.

3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Cuáles son los beneficios de una luz nocturna automática para la humanidad y cómo se puede construir?

4. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA

Un sistema de luz nocturna automática puede tener muchas utilidades. Además de evitar el gasto excesivo de energía eléctrica, manteniendo las luces encendidas

sólo mientras falta luz natural, también ayuda a economizar la presencia de un operador humano para conectarlas o desconectarlas.

Podemos usar tales sistemas con eficiencia, en los siguientes casos:

• Accionamiento de lámparas de vidrieras, jardines, estacionamientos o zaguanes.

• Accionamiento de sistemas de señalización nocturna (luces de mástiles)

El proyecto que describimos utiliza una configuración poco común de circuito de disparo o "trigger" con el 555 y puede controlar lámparas de las redes domiciliarias tanto de 110V como de 220V con potencias suficientes para la mayoría de las aplicaciones.

De hecho, en la red de 110V podemos controlar hasta 200 vatios de lámparas, y en la red de 220V hasta 400 vatios, con suficiente holgura para los contactos de relé que son conectados en paralelo.

Para el control de potencias mayores, se puede usar sin problemas un relé intermediario.

Las características del aparato son las siguientes:

• Tensión de alimentación: 110 o 220 voltios

• Sistema sensor: LDR

• Carga máxima: 200W (110V) o 400W (220V)

• Componentes activos: 1 circuito integrado

3.TEORIA DE FUNCIONAMIENTO:

Al anochecer este dispositivo encenderá automáticamente las luces del, jardín, garaje o de las vidrieras de una tienda, y al amanecer las apagará. Un montaje ideal para el que llega a su casa de noche y desea encontrar las luces encendidas, o también para quien no puede estar en el lugar para encender o apagar las luces al anochecer o amanecer. Un sistema de luz nocturna automática puede tener muchas utilidades. Además de evitar el gasto excesivo de energía eléctrica, manteniendo las luces encendidas sólo mientras falta luz natural, también ayuda a economizar la presencia de un operador humano para conectarlas o desconectarlas.

El proyecto que describimos utiliza una configuración poco común de circuito de disparo o "trigger" con el 555 y puede controlar lámparas de las redes domiciliarias tanto de 110V como de 220V con potencias suficientes para la mayoría de las aplicaciones. De hecho, en la red de 110V podemos controlar hasta 200 vatios de lámparas, y en la red de 220V hasta 400 vatios, con suficiente holgura para los contactos de relé que son conectados en paralelo.

El circuito funciona gracias a una fotocelda, LDR, o fotorresistencia, que al dejar de recibir luz, polariza la base de Q1 y por intermedio del colector conduce y deja pasar corriente a través de la resistenciaR6, encendiendo el LED LA1. Mientras que la luz llegue al LDR, su resistencia será baja y esto causará que el voltaje, en la base del transistor, sea negativo con respecto al emisor y eso hará que el transistor esté “encendido”, es decir que conduzca entre Emisor y Colector. Cuando este transistor conduce, mantiene por medio de la resistencia, conectada en su colector, un valor positivo en la base del otro transistor, por lo cual, este segundo transistor estará “apagado” y consecuentemente, la lámpara también estará apagada.

Si la luz ambiente se apaga, la resistencia del LDR aumenta a tal punto que el voltaje en la base del transistor de la izquierda se hace positivo y se “apaga”, o sea, deja de conducir. En este punto, el voltaje en la base del transistor de la derecha, se hace mas negativo y se “enciende” Este circuito es una sencilla aplicación de un interruptor controlado por LDR, muy básico. Este circuito detecta la luz ambiente y dependiendo de la presencia/ausencia de suficiente luz ambiente, provoca el encendido/apagado automático de una bombilla.

La bombilla se enciende cuando la luz ambiente es insuficiente (por ejemplo, por la tarde o noche) y se desconecta automáticamente cuando hay suficiente luz ambiente (por ejemplo, durante el día, cuando el sol está presente no es necesaria una luz adicional). La bombilla también puede ser su farolillo de la entrada de su casa, que necesite estar encendido todas las noches, y que se apague cada mañana. El circuito hace este trabajo de forma automática, sin intervención manual.

En efecto, en presencia de luz suficiente, la resistencia LDR presenta una resistencia baja, lo que hace que la tensión de base del transistor conmutador TR1 sea baja e insuficiente para que TR1 entre en conducción, por lo que el relé no actúa. Sin embargo, cuando la iluminación de la LDR disminuye por debajo de un valor (que se fija mediante R1). la resistencia de la LDR aumenta mucho, y con ello la tensión de polarización de base de TR1, haciendo que TR1 entre en conducción y provoque la actuación del relé, el cual conectará la bombilla nocturna.

Para evitar inestabilidades en el funcionamiento del circuito, la LDR no debe estar expuesta a la iluminación directa de la bombilla nocturna que controla el circuito.

La resistencia LDR puede ser cualquier tipo LDR que se encuentre fácilmente en las tiendas de componentes electrónicos. VR1 puede ser una resistencia ajustable de 10K, regula el umbral de iluminación ambiente a la que se activa el circuito. El transistor puede ser cualquier tipo NPN de baja potencia y buena ganancia, como el 2N2222 o el BC107 (puede depender del relé empleado). El relé debe ser un relé para 9 voltios, con contactos preparados para manejar tensiones de red(220 Voltios) y corriente suficiente para la lámpara de iluminación empleada. El circuito puede ser alimentado con un adaptador de red eléctrica que proporcione 9 voltios de tensión continua, suficientemente estable.y al hacerlo, se enciende la lámpara.

DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENETES

El LDR Es una resistencia “sensible”, hay resistencias sensibles al calor (termistores), otras sensibles al esfuerzo (strain gages) y también las hay sensibles a la luz. Un LDR (Light Dependent Resistor) es básicamente una resistencia que depende de la luz y varía su resistencia de acuerdo a la intensidad lumínica del ambiente.

RESISTENCIAS

Las resistencias ayudan a que el valor de R se mantenga constante e independiente de los parámetros del circuito) o de parámetros externos (luz, temperatura, etc.) Su valor nominal de resistencia viene marcado mediante un código de colores convenido internacionalmente, que se marca en forma de bandas o anillos.

TRANSISTOR NPN

El BC548 es un transistor NPN bipolar de propósitos generales. Un transistor tiene tres terminales denominados colector, emisor y base. La corriente que circula de colector a emisor se controla mediante una débil corriente de base o de control. Cuando un transistor se utiliza como interruptor la corriente de base ha de tener un valor adecuado para que el transistor entre en corte y otro valor para que se sature. Para que un transistor entre en corte, la corriente aplicada a su base ha de ser nula o muy baja. Por el contrario, para saturar un transistor, el valor de la corriente de base ha de ser alto y debe calcularse en función de las características de la carga que queremos controlar. Un transistor en corte tiene una corriente de colector Ic nula y una tensión colector–emisor VCE máxima e igual a la tensión de alimentación. Cuando el transistor se satura se invierten los papeles: aumenta Ic y disminuye la tensión VCE hasta un valor casi nulo. El dispositivo viene integrado en un encapsulado. El orden de los pines viene descripto en su hoja de datos.

Según su hoja de datos debemos conectarlo de la siguiente manera:

DIODO LED

El diodo LED presenta un comportamiento análogo al diodo rectificador. Según el material y la tecnología de fabricación estos diodos pueden emitir en el infrarrojo (diodos IRED), rojo, azul, amarillo y verde, dependiendo de cual sea la longitud de onda a la cual emite el LED. En este caso solo se usa como emisor de luz ( en reemplazo de la lámpara).

CIRCUITO INTEGRADO 555

Está constituido por una combinación de comparadores lineales, flip-flops (biestables digitales), transistor de descarga y excitador de salida.

Las tensiones de referencia de los comparadores se establecen en 2/3 V, por medio de un divisor de tensión compuesto por 3 resistencias iguales. En el gráfico se muestra el número de pin con su correspondiente función.

Descripción de las terminales del Temporizador 555

De su hoja de datos vemos cuales son los funcionamientos de los pines del 555:

• GND (normalmente la 1): es el polo negativo de la alimentación, generalmente tierra.

• Disparo (normalmente la 2): Es en esta patilla, donde se establece el inicio del tiempo de retardo, si el 555 es configurado como monostable. Este proceso de disparo ocurre cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación.

• Salida (normalmente la 3): Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador, ya sea que esté conectado como monostable, astable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje será el voltaje de alimentación (Vcc) menos 1.7 Voltios.

• Reset (normalmente la 4): Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida a nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla a Vcc para evitar que el 555 se "resetee".

• Control de voltaje (normalmente la 5): Cuando el temporizador se utiliza en el modo de controlador de voltaje, el voltaje en esta patilla puede variar casi desde Vcc (en la práctica como Vcc -1 voltio) hasta casi 0 V (aprox. 2 Voltios). Así es posible modificar los tiempos en que la salida está en alto o en bajo independiente del diseño (establecido por los resistores y condensadores conectados externamente al 555). El voltaje aplicado a la patilla de control de voltaje puede variar entre un 45 y un 90 % de Vcc en la configuración monostable. Cuando se utiliza la configuración astable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltios hasta Vcc. Modificando el voltaje en esta patilla en la configuración astable causará la frecuencia original del astable sea modulada en frecuencia (FM). Si esta patilla no se utiliza, se recomienda ponerle un condensador de 1μF para evitar las interferencias.

• Umbral (normalmente la 6): Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se utiliza para poner la salida a nivel bajo.

• Descarga (normalmente la 7): Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo utilizado por el temporizador para su funcionamiento.

• V+ (normalmente la 8): También llamado Vcc, alimentación, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación que va de 4.5 voltios hasta 18 voltios (máximo).

En este caso se utiliza como un comparador. Cuando la entrada (nivel de tensión) de la patilla # 2 (TRI) esté por debajo de un nivel que es necesario para disparar el temporizador, la salida (patilla # 3, (OUT)) estará nivel alto deja que encienda la Luz.

EL POTENCIÓMETRO DE 100K

Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie. En este caso sirve para regular la intensidad a la que queremos que el circuito funcione.

4. Antecedentes

Tras el control del fuego por parte de los humanos uno de sus usos fue la iluminación. Así pudo usarse mediante antorchas para iluminar algunos lugares. Como este sistema era engorroso y poco duradero fueron apareciendo luminarias con diferentes aceites y mechas que permitían iluminar durante más tiempo y de forma más cómoda. Han sido encontradas lámparas de terracota en las planicies de Mesopotamia datadas entre el 7000 y el 8000 a.C. y otras de cobre y bronce en Egipto y Persia cercanas al 2700 a.C.

Las primeras ordenanzas sobre alumbrado público que se conocen datan del siglo XVI. En Francia, venían obligados los vecinos (1524) a colgar una luz en la puerta de sus casas y hasta 1558 no se colocaron faroles en las esquinas de las calles.

Las primeras farolas eléctricas empleadas, eran del tipo arco eléctrico, inicialmente las velas eléctricas, velas Jablochoff o velas Yablochkov desarrolladas por el ruso Pavel Yablochkov en 1875. Se trataban de lámparas de arco eléctrico con electrodos de carbón que empleaban corriente alterna, que garantizaba que los electrodos ardieran de forma regular. Las velas Yablochkov fueron usadas por primera vez para alumbrar los grandes almacenes Grand Magasins de Louvre, en París en los años 1880. La luz de arco eléctrico tenía dos grandes inconvenientes. Emite una luz intensa y gran desprendimiento de calor, aunque útil para zonas industriales como los astilleros, era incómoda para las calles de las ciudades. A finales del siglo XIX, con el desarrollo de lámparas incandescentes baratas, brillantes y fiables, las de luz de arco quedaron en desuso para el alumbrado público, permaneciendo para usos industriales.

5. Objetivo

 Analizar, comprender y aplicar la tecnología utilizada en este medio de Iluminación para así darle una posible aplicabilidad en nuestro diario vivir.

 Comparar este medio tecnológico con otros sistemas o mecanismos parecidos, para así sacar las ventajas y desventajas que este nos presenta.

 Lograr que las personas que puedan apreciar este proyecto, puedan entender cómo funciona, el porqué, que elementos intervienen, y muchos aspectos más.

...