UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOFACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INFORMÁTICA

Proyecto:

“Circuito Controlador de Ascensor en Miniatura”

Integrantes:REAÑO ORTEGA GERARDO VALDIVIESO CASTILLO CLAUDIAZARATE FLORIAN CARLOS

Curso:“Técnicas Digitales para Computación”

Trujillo – Perú2009

Introducción:

La lógica digital es un área de la matemática aplicada a la electrónica. Esta es la base de los sistemas digitales, gracias a esta base es que hemos logrado desarrollar un circuito que actúa según las situaciones posibles de nuestro problema, el cual consiste en el control automático de todas las funciones de un ascensor.

Además con la utilización de componentes electrónicos como diodos, transistores y relés es posible implementar un circuido completo capaz de controlar un ascensor en miniatura.

En el presente informe veremos detalladamente la forma desde, el punto de vista de la lógica digital, el desarrollo de un circuito y mecanismo basado en estados lógicos, que determina el funcionamiento de un elevador basado en las diferentes situaciones posibles, como por ejemplo cuándo un ascensor tendría que elevarse y cuándo descender, dependiendo de la ubicación del posible ocupante que en este caso podría estar en el 1ro, 2do o 3er piso pero no en dos pisos a la vez.

Además desarrollamos un circuito para el funcionamiento de las puertas del ascensor que actúa dependiendo si una persona aun no ha subido al ascensor.

En general este proyecto tiene como objetivo experimentar y demostrar la aplicación de los sistemas digitales de forma práctica y cotidiana como lo es un ascensor.

Las adaptaciones de los sistemas digitales en la actualidad divergen en distintas ramas y se extiende con gran magnitud, este es solo un ejemplo de cómo es que la electrónica digital es cada vez más necesaria para automatizar cada aspecto de la vida.

LOS AUTORES.

Diagrama de Bloque del Sistema

LEYENDA

1. Pulsadores de Piso:

P3 –Piso 3 P2 – Piso 2 P1 – Piso 1

2. CSE – Circuito Selector de entrada.

3. CCPi – Circuito Controlador de Piso.

4. Display – Ánodo Común.

5. CCSB – Circuito Controlador de Subida y Bajada.

6. CCM – Circuito Controlador de Motor.

7. CCPu – Circuito Controlador de Puerta.

1

2

3

4

5

6

7

Display

Puerta

BajarSubir

EDC

B

A

X1X2

X3

P1

P2

P3

CCM

CSE CCPuCCSB

CCPi

Costos y Materiales

Componentes Descripción Cantidad

Precio x Unidad (S./)

Precio Total(S/.)

Acido Férrico 50 ml 10 1 10Bornes dobles 9 0.5 4.5Bornes triples 8 0.8 6.4

Cable UTP 8 líneas 3 1 3CI TTL 74LS74 2 1 2CI TTL 74LS04 5 1 5CI TTL 74LS08 9 1 9CI TTL 74LS32 3 1 3CI TTL 74LS86 4 1 4CI TTL 74LS47 1 1 1

Diodo NP 1N4148 14 0.1 1.4

Display Ánodo Común 3 2 6

Fuente 5 voltios 1 10 10Hilo de Estaño 6 0.8 4.8

Conector Molex dobles 6 0.6 3.6Motor CC 5 voltios 1 8 8

Pasta para soldar 1 4 4PCB 10 x 10 cm 10 1 10

Plumón Indeleble OHP-CD 421-F 4 2.5 10Pulsadores NA 4 0.5 2Relé doble 5 voltios 1 2.5 2.5Relé simple 5 voltios 6 2.5 15Resistores 330Ω 8 0.1 0.8Resistores 10 kΩ 1 0.1 0.1Resistores 68Ω 6 0.1 0.6

Sensor de Contacto 3 2.5 7.5Sockets 14 pines 24 0.4 9.6

Transistor (NPN) 2N2222 8 0.5 4TOTAL S/. 147.8

Cuadro Nº1: Costos y materiales

Descripción de los Componentes

Pulsadores:

En el siguiente esquema se aprecia claramente cuál es el funcionamiento de este tipo de sensores que constan de un “botón” (que es la parte roja de la imagen) el cual al ser pulsado para dentro cierra el interruptor interno del sensor.

Sensor de Contacto:

Es uno de los dispositivos más simples ya que son interruptores que se activan si están en contacto.

En cuanto a su funcionamiento, también es muy sencillo: en estado de reposo la patilla común (C) y la de reposo (R) están en contacto permanente hasta que la presión aplicada a la palanca hace saltar la pequeña pletina acerada interior y entonces el contacto pasa de la posición de reposo a la de activo (A).

Relé:

Dispositivo electromecánico consta de una bobina envuelta en un núcleo, al pasar una pequeña corriente por la bobina esta se imanta y atrae al contacto.

Hay que aclarar que estos dispositivos no tienen polaridad.

Transistor:

Dispositivo semiconductor que permite el control y la regulación de una corriente grande mediante una señal muy pequeña. Consta de tres pines: Emisor, Base y Colector.

Display:

Los dispositivos prácticos de Display de siete segmentos deben disponer como mínimo de ocho terminales de conexión exterior; siete de ellos proporcionan acceso a los segmentos fotoeléctricos individuales, y el octavo proporciona una conexión común a todos los segmentos.

Diodo:

Dependiendo de cómo polaricemos el Diodo, se comportará como

interruptor cerrado (conductor) o interruptor abierto (aislante).La franja alrededor del diodo indica que ese es el Cátodo (-).

Circuitos Integrados:

CI 74LS04 (NOT) CI 74LS86 (XOR)

Y=A Y=A⊕B

CI 74LS08 (AND) CI 74LS74 (Flip –Flop D)

Y=A · B

CI 74LS32 (OR) CI 74LS47 (BCD/7 segmentos)

Y=A + B

Descripción del Circuito

La idea es construir un circuito electrónico utilizando compuertas lógicas y otros componentes adicionales, para el control automático de todas las funciones de un ascensor. Para tener un modelo solo se trabajó en base a 3 pisos, esto nos dará una idea clara de cómo funciona el circuito, pudiendo así extenderlo a mas pisos si se desea, pero el hecho de trabajar solo con 3 pisos también implica tener en cuenta mucha variables como por ejemplo: Si el ascensor esta en 1º piso y la persona en el 3º, este debe de subir dos pisos y abrir la puerta, o si el ascensor esta en el 2º piso y la persona también , la puerta debe de abrirse inmediatamente. Si consideramos todas las posibles situaciones, tendremos 9 casos en total.

Como el circuito estará construido a base de compuertas lógicas es necesario convertir cada uno de los casos a unos y ceros, como se muestra el cuadro.

ENTRADASActivos Ubicación

A B C D E SALIDASA1 A2 A3 Puerta Subir Bajar

1º Piso1 0 1 0 0 1 0 01 0 0 1 0 0 0 11 0 0 0 1 0 0 1

2º Piso1 1 1 0 0 0 1 01 1 0 1 0 1 0 01 1 0 0 1 0 0 1

3º Piso0 1 1 0 0 0 1 00 1 0 1 0 0 1 00 1 0 0 1 1 0 0

Cuadro Nº2: Situaciones posibles y respuestas del circuito

Entradas: Activos:

Para las entradas A y B se le asigno un código de identificación como se aprecia en el cuadro. Más adelante se explicará cómo es que con ayuda de

un flip-flop D y componentes adicionales logramos estas entradas al circuito que controlará toda las funciones del ascensor

Ubicación:

Las variables C, D y E, representaran respectivamente la posición en la que se encuentra ubicado el ascensor es decir :

o C – indicará que el ascensor se encuentra en el primer piso.o D – indicará que el ascensor se encuentra en el segundo piso.o E – indicará que el ascensor se encuentra en el tercer piso.

En el cuadro se muestra, por ejemplo , la secuencia :

C D E1 0 0

oEsto indica que el ascensor se encuentra ubicado en el 1º piso, se aprecia que se representa con un 1 la presencia del ascensor y con 0 si es en caso contrario.

oDe esta manera se puede definir el cuadro, ya que nunca se dará el caso de que el ascensor se encuentre en dos pisos a la vez.

Más adelante se explicara detalladamente cómo se logra estas entradas al circuito controlador.

Salidas:

Puerta:

La salida del circuito puerta solo será 1 cuando el ascensor se encuentre en el mismo piso en el que fue presionado el pulsador de llamada, en cualquier otro caso la salida será 0.

Subir:

Las salidas del circuito de subida (subir) solo será 1 cuando el ascensor se encuentre en alguna posición inferior al piso donde se efectuó la llamada.

Bajar:

Las salidas del circuito de bajada (bajar) solo será 1 cuando el ascensor se encuentre en alguna posición superior al piso donde se efectuó la llamada.

Funcionamiento

Del diagrama de bloques, el circuito será explicado detalladamente.

Parte Nº 1 (Circuito indicador de Pulsador Presionado (Pulsadores de Piso)

Figura Nº1

P1, P2 y P3 son pulsadores normalmente abiertos, un pin está conectado a una fuente de 5 voltios, y el otro pin está conectado a la entrada CLK del Flip-Flop D correspondiente, el tipo de Flip-Flop que se utilizó se activa por flanco de subida (↑), para asegurarnos que la entrada del

P3

P2

P1

X1

X3

X2

Relé 3

Relé 2

Relé 1

CLK se encuentre en nivel bajo se colocó una resistencia de 68 Ω y se conecto a tierra, y la entrada D del Flip-Flop fue conectado directamente a 5 voltios, de esta forma se logro que cuando el pulsador sea presionado la entrada D pase a la salida Q, como el FF posee memoria la salida se mantendrá en 1 lógico, así ya se halla dejado de presionar el pulsador. Esta salida activara los relés adyacentes, para que solo pase una entrada a la vez. Por ejemplo:

o Si se presiona el pulsador P2, los relés 1 y 3 quedan activados, porque la corriente que pasa por el relé2 hacia la salida X2, también llegará a saturar la base del transistor, al saturarse la base este cerrar el circuito y las bobinas de los relés 1 y 3 se energizaran.

De esta forma se logra que solo una de las salidas X3, X2 y X1 tenga un 1 lógico el cual ingresara al circuito selector de entrada.(Ver figura Nº1)

Parte Nº2 (Circuito Selector de entrada)

Figura Nº2

Este circuito combinacional denominado “Circuito selector de entrada” lo que hará es darnos como salidas A y B el código de identificación asignado como parte de la entrada al “Circuito Controlador de Subida y Bajada”.

Parte Nº3 (Circuito Controlador de Piso)

X3X2X1

AB

Este circuito denominado “Circuito Controlador de Piso”, su estructuración es muy parecida a la Parte Nº1 explicada anteriormente.

Figura Nº3

C, D y E (input) son entradas de los sensores de contacto que están colocados estratégicamente en el diseño estructural del prototipo del ascensor.

Lo que se consigue con esta configuración de transistores, diodos y relés es que solo se envié una señal a la vez.

C, D y E (output) son las salidas que serán entradas en el “Circuito Controlador de Subida y Bajada”, y también serán entradas al circuito combinacional que mostrará en un Display en que piso se encuentra ubicado el ascensor.

Parte Nº4 (Display Ánodo Común)

Para la visualización del piso en el que se encuentra ubicado el ascensor se construyo el siguiente cuadro:

SalidasEntradas BCD

C D E 8 4 2 11 0 0 0 0 0 10 1 0 0 0 1 00 0 1 0 0 1 1

Cuadro Nº3: Cuadro para construir circuito convertidor de código BCD

Las entradas C, D y E son todas las posibles combinaciones que nos puede dar el “Circuito controlador de Piso” (Parte Nº3), estas entradas serán convertidas al código BCD.

Una vez obtenido el código BCD, se utilizo el CI 74LS47 que es un decodificador BDC/7segmentos, para así poder visualizar la posición del ascensor en un Display.

Figura Nº4

Parte Nº5 (Circuito Controlador de Subida y Bajada)

Este circuito tiene como entradas las salidas del “Circuito Selector de Entrada” (A y B) y del “Circuito Controlador de Piso” (C, D y E), de acuerdo a las entradas que tenga este circuito combinacional las salidas: Subir y Bajar se activaran.

Figura Nº5

Este circuito combinacional solo permite que las salidas (subir y bajar) se activen una a la vez.

Estas salidas serán entradas al “Circuito Controlador de Motor”.

Parte Nº6 (Circuito Controlador de Motor)

Figura Nº6

Para el diseño de este circuito se utilizó un relé doble el cual nos ayudara en el cambio de la polaridad del motor de corriente continua.

La fuente 1 (F1) está conectada al emisor del transistor 1, y a la base está conectada a la entrada “Bajar”, entonces cuando el “Circuito Controlador de Subida y Bajada” tenga como salidas: Bajar = 1 y Subir = 0 lógico, saturará la base del transistor 1 lo que permitirá cerrar el circuito y hacer que el motor gire en sentido horario, como se puede apreciar el relé no se activa ya que la configuración Relé-Transistor 2 es un circuito abierto. Ahora si la salida del “Circuito Controlador de Subida y Bajada” tendría un 1 lógico en Subir, este saturaría la base del transistor 2 y también saturaría la base del transistor 1, el resultado de esto sería que el relé se energice y cambie la polaridad del motor, consiguiendo que el motor gire en sentido antihorario.

Parte Nº7 (Circuito Controlador de Puerta)

Circuito combinacional, que solo tendrá un 1 lógico en su salida cuando las entradas A, B, C, D y E indiquen que el ascensor se encuentra en el mismo piso que fue presionado el pulsador. (ver figura Nº7)

Relé

F1

F2

1

2

Figura Nº7

Conclusiones

Con el presente proyecto se ha podido demostrar que con conocimientos básicos en

sistemas digitales y electrónica digital, hemos desarrollado un circuito completo que cumple

con todas las funciones de un ascensor básico a pequeña escala (miniatura).

También se ha comprobado que es posible convertir diferentes situaciones o posibilidades

que se pueden dar en el uso de un ascensor, a un sistema binario (1 y 0), y adaptarlo a un

sistema digital.

Con el presente proyecto nos pudimos dar cuenta que cualquier tipo de problema se puede

modelar de una forma lógica, y llevarlo a una estructura digital y construir una solución para

él.

Recomendaciones

1. Se recomienda que al montar el circuito controlador del ascensor, cada parte sea

alimentada con una fuente general de 5 voltios.

2. Se recomienda manejar un sistema de engranajes para facilitar el movimiento del

ascensor, este sistema nos permitirá que al quitarle la fuente de alimentación al

circuito que controla el motor de subida y bajada, el frenado sea instantáneo.

3. En caso que la velocidad del motor sea excesiva y no se ajuste a la situación, se

recomienda usar un potenciómetro para regularla.

4. Antes de montar los circuitos en el PCB es recomendable probar todos los circuitos

combinacionales en protoboar.

5. Es necesario el uso de sockets para cada uno de los circuitos integrados, ya que las

altas temperaturas del soldador pueden dañar el componente.

6. Se recomienda usar un regulador de voltaje 7805 para tener una fuente de 5

voltios continuos.

Anexos

1. Circuito indicador de Pulsador Presionado (Pulsadores de Piso)

2. Circuito Selector de Entrada.

74LS74

74LS74

Relé simple

Relé simple

Relé simple

3. Circuito Controlador de Piso.

74LS08

74LS86

74LS04

4. Display ( Ánodo Común)

Relé simple

Relé simple

Relé simple

5. Circuito Controlador de Subida y Bajada.

74LS86

74LS04

74LS08

6. Circuito Controlador de Motor

74LS04

74LS08

74LS04

74LS08

74LS08

74LS32

74LS86

7. Circuito controlador de Puerta

Relé Doble

74LS04

74LS08

74LS08

74LS08

74LS32