practicas de mecatrónica

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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE XALAPA MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO INGENIERÍA MECATRÓNICA MICROCONTROLADORES MTF – 1021 M. en C. Juan Carlos Martínez Herrera Xalapa de Enríquez, Veracruz.

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Ejercicios de mecatrónica/eléctronica

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Page 1: Practicas de mecatrónica

INSTITUTO TECNOLÓGICO

SUPERIOR DE XALAPA

MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO

INGENIERÍA MECATRÓNICA

MICROCONTROLADORES MTF – 1021

M. en C. Juan Carlos Martínez Herrera

Xalapa de Enríquez, Veracruz.

Page 2: Practicas de mecatrónica

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE XALAPA

Requerimiento: 7.1, 7.5.1 MANUAL DE PRÁCTICAS

Asignatura (clave y nombre) MTF – 1021 Microcontroladores

CARRERA Ingeniería Mecatrónica Unidad 1 Conceptos Introductorios a losmicrocontroladores.

Activación de un LED por medio de luz Bibliografía Boylestad, R. L., & Nashelsky, L. (2009). Teoría de Circuitos y Dispositivos

Electrónicos (Décima ed.). México: Pearson.

1 INTRODUCCIÓN: Un sensor es un aparato capaz de transformar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas. Las variables de instrumentación dependen del tipo de sensor y pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc.

Una magnitud eléctrica obtenida puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica o voltaje eléctrico (como en un termopar), una corriente eléctrica (como un fototransistor), etc.

Puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra. Áreas de aplicación de los sensores: Industria automotriz, Industria aeroespacial, Medicina, Industria de manufactura, Robótica, etc.

Los sensores pueden estar conectados a una computadora para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc.

Elaboró: Verifico: Autorizó

Juan Carlos Martínez Herrera Juan Carlos Martínez Herrera Ernesto Bautista González Nombre y Firma

Docente Nombre y Firma Par Académico

Nombre y Firma Jefe de Carrera

Las firmas anteriores hacen constar que se ha verificado que la presente práctica es representativa de los objetivos de la unidad a que corresponda, que las instrucciones y la metodología son acordes al objetivo de la práctica y está referenciada en la bibliografía indicada y, que las instrucciones son claras.

Ver. 01/01/15 F – AA – 92

Page 3: Practicas de mecatrónica

INSTITUTO TECNOLÓGICO

SUPERIOR DE XALAPA

Requerimiento: 7.1, 7.5.1 MANUAL DE PRÁCTICAS

Entre las características técnicas de un sensor destacan las siguientes:

• Rango de medida: Dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor. • Precisión: Es el error de medida máximo esperado. • Offset o desviación de cero: Valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es

nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset.

• Linealidad o correlación lineal. • Sensibilidad de un sensor: Relación entre la variación de la magnitud de salida y la

variación de la magnitud de entrada. • Resolución: Mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida. • Rapidez de respuesta: Puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud a

medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada.

• Derivas: Son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor.

Repetitividad: Error esperado al repetir varias veces la misma medida 2 OBJETIVO:

El alumno construirá un circuito que funcione como detector de “ausencia de iluminación”, que le permitirá a un LED encenderse, cuando haya escaza o poca luz sobre el sensor, y de esta manera conozcan y manejen los sensores ópticos dentro de un circuito electrónico para la ausencia de intensidad luminosa, así como encenderse cuando incida gran cantidad de iluminación en el sensor y de esta manera conozcan y manejen los sensores ópticos dentro de un circuito electrónico para la detección de intensidad luminosa. 3 MATERIAL Y EQUIPO REQUERIDO: MATERIAL EQUIPO REQUERIDO

• Protoboard • R1 = 100 KΩ • R2 = LDR • R3 = 2200 Ω • R4 = 330 Ω • Q1 = Transistor NPN 2N2222 ó

BC547 • D1 = Diodo LED

• 1 Fuente o batería de 9 v. • 1 Multímetro •

HERRAMIENTA NECESARIA

Page 4: Practicas de mecatrónica

INSTITUTO TECNOLÓGICO

SUPERIOR DE XALAPA

Requerimiento: 7.1, 7.5.1 MANUAL DE PRÁCTICAS

4 METODOLOGÍA: Llevar los siguientes pasos. 4.1 DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:

Primera parte

Cuando la LDR (Light Dependent Resistor, o Resistor Dependiente de la Luz - fotorresistencia) Si bien los valores que puede tomar una LDR en total oscuridad y a plena luz puede variar un poco de un modelo a otro, en general oscilan entre unos 50 a 1000 ohmios (1 Kohms) cuando están iluminadas (por ejemplo, con luz solar) y valores comprendidos entre 50 Kohms (50,000 Ohms) y varios megohmios (millones de ohms) cuando está a oscuras

Por lo que en el divisor de tensión formado por R1 y LDR, en la figura 1, prácticamente todo el voltaje de la fuente estará en extremos de R1 y casi nada en extremos de la LDR, en estas condiciones no le llega corriente a la base, el transistor estará en corte y el diodo no encenderá.

Cuando la luz disminuye, la resistencia de la LDR aumenta (puede llegar a valer varios cientos de Kohms) por lo que la caída de voltaje en la LDR aumenta lo suficiente para que le llegue corriente a la base del transistor, conduzca y se encienda el diodo LED.

1. Medir y anotar los valores de la LDR, sin conectarlo en el protoboard (fuera del circuito), directamente a una fuente de luz y también sin una fuente de luz (tapando la LDR)

2. Con los datos obtenidos en paso anterior, usarlos en el circuito electrónico 1, calcular los valores de voltaje que habría en las terminales de la LDR con las condiciones de luz y sin luz, anote los valores calculados.

3. Montar el circuito de la figura 1 en una placa de montaje rápido (protoboard) y comprueba su funcionamiento, anotar los valores medidos en el divisor de voltaje, en las terminales de la fotorresistencia, con luz y sin luz, anotarlos.

4. Medir el voltaje entre colector y emisor del transistor, tanto cuando la LDR recibe luz y como cuando no recibe Luz y anotarlo.

Figura 1 Circuito electrónico 1

Page 5: Practicas de mecatrónica

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SUPERIOR DE XALAPA

Requerimiento: 7.1, 7.5.1 MANUAL DE PRÁCTICAS

Segunda parte En la figura 2, cuando la LDR recibe luz, disminuye su resistencia (tendrá un valor comprendido entre varios cientos de ohmios y algún KΩ), por lo que en la R1 habrá una caída de tensión suficiente como para hacer que circule corriente por la base del transistor, que conduzca y se encienda el LED. Cuando la luz disminuye, la resistencia de la LDR aumenta (puede llegar a valer varios cientos de KΩ); en estas condiciones toda la tensión estará prácticamente en la LDR y casi nada en R1 con lo que no circulará suficiente corriente por la base del transistor y éste permanecerá en corte y el diodo LED se encontrará apagado.

1. Con los datos del punto 1 de la primera parte, calcular los valores de voltaje que habría en las terminales de la LDR del circuito de la figura 2, y anotarlos (con luz y sin luz).

2. Montar el circuito de la figura 2 en una placa de montaje rápido (Protoboard), comprueba su funcionamiento, medir los voltajes y anotarlos (con luz y sin luz).

3. Compara el valor de la resistencia R1 con el valor de R1 del paso anterior (Primera parte) y justifícalo por qué sigue igual o porque cambio.

4. Medir el voltaje entre colector y emisor del transistor, tanto cuando la LDR recibe y cuando no recibe Luz, y anótelo

5 RESULTADOS. Aquí anotar los resultados pedidos.

Figura 2 Circuito electrónico 2

Page 6: Practicas de mecatrónica

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Requerimiento: 7.1, 7.5.1 MANUAL DE RESULTADOS PRÁCTICAS

Asignatura MTF – 1021 Microcontroladores

CARRERA Ingeniería Mecatronica Nombre de la Practica Activación de un LED por medio de luz

Integrante 1

Integrante 2

Primera Parte

1 Valores Medidos LDR_Con_LUZ = y LDR_Sin_LUZ =

2

Zona de Calculos: Valores Calculados del voltaje de la LDR en el circuito VLDR_Con_LUZ = y VLDR_Sin_LUZ =

3 Valores Medidos del voltaje de la LDR en el circuito VLDR_Con_LUZ = y VLDR_Sin_LUZ =

4 Valores Medidos de voltaje de VC del transistor VCE_Con_LUZ = y VCE_Sin_LUZ =

Describir cómo funciona:

Fecha Firma

Page 7: Practicas de mecatrónica

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SUPERIOR DE XALAPA

Requerimiento: 7.1, 7.5.1 MANUAL DE RESULTADOS PRÁCTICAS

Segunda Parte

Valores Medidos LDR_Con_LUZ = y LDR_Sin_LUZ =

1

Zona de calculos Valores Calculados del voltaje de la LDR en el circuito VLDR_Con_LUZ = y VLDR_Sin_LUZ = Valores Medidos del voltaje de la LDR en el circuito VLDR_Con_LUZ = y VLDR_Sin_LUZ =

2

Describir cómo funciona:

3

Con Luz VR1_ Primer_circuito: VR1_ Segund_circuito: Sin Luz VR1_ Primer_circuito: VR1_ Segund_circuito:

3

Valores Medidos de voltaje de VC del transistor VCE_Con_LUZ = y VCE_Sin_LUZ =

Fecha Firma

Page 8: Practicas de mecatrónica

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Requerimiento: 7.1, 7.5.1 MANUAL DE PRÁCTICAS

Asignatura (clave y nombre) MTF – 1021 Microcontroladores

CARRERA Ingeniería Mecatrónica Unidad 1 Conceptos Introductorios a los microcontroladores.

Detector de proximidad Bibliografía Boylestad, R. L., & Nashelsky, L. (2009). Teoría de Circuitos y Dispositivos

Electrónicos (Décima ed.). México: Pearson.

1 INTRODUCCIÓN: Como usar los LED’s En los Diodos Emisores de Luz (LED), la luz que emiten tiene una intensidad que es lineal con respecto a la corriente del diodo.

Elaboró: Verifico: Autorizó

Juan Carlos Martínez Herrera Juan Carlos Martínez Herrera Ernesto Bautista González Nombre y Firma

Docente Nombre y Firma Par Académico

Nombre y Firma Jefe de Carrera

Las firmas anteriores hacen constar que se ha verificado que la presente práctica es representativa de los objetivos de la unidad a que corresponda, que las instrucciones y la metodología son acordes al objetivo de la práctica y está referenciada en la bibliografía indicada y, que las instrucciones son claras.

Ver. 01/01/15 F – AA – 92

Page 9: Practicas de mecatrónica

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Requerimiento: 7.1, 7.5.1 MANUAL DE PRÁCTICAS Usar una resistencia en serie (Rs) para limitar la corriente a través de un LED de manera segura, para hacer el cálculo del valor de resistencia (Rs) usar la siguiente fórmula:

𝑅𝑅𝑅𝑅 = 𝑉𝑉𝐼𝐼𝐼𝐼 − 𝑉𝑉𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿

𝐼𝐼𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿

• ILED Especifica la corriente de entrada al LED. • VLED Es el voltaje de alimentación al LED. Esto es alrededor de 1.3 V (para emisores

infrarrojos, 940 ηm) hasta los 2.5 V (para emisores verdes)

Fototransistores:

Todos los transistores son sensibles a la luz, los fototransistores están diseñados para explotar este fenómeno. Todos los transistores tienen tres terminales, un fototransistor por lo regular puede no tener la terminal de la base, la mayoría de fototransistores son dispositivos NPN con una región en la base mucho más grande que las de un transistor NPN estándar. Estos tienen un tiempo de respuesta de 1 microsegundo en algunos circuitos. El fototransistor Darlington incluye un segundo transistor en el chip para amplificar la señal generada por el fototransistor.

2 OBJETIVO:

El alumno construirá un circuito que funcione como detector de proximidad, utilizando un LED IR (emisor) que al incidir su luz en el Fototransistor (receptor) hace que se active un LED. De esta manera conocerá y realizará estudios del fototransistor y por consiguiente analizará y pensará posibles aplicaciones. 3 MATERIAL Y EQUIPO REQUERIDO: MATERIAL EQUIPO REQUERIDO

Q1 – 1 Fototransistor Q2 – 1 Transistor NPN 2N2222 ó BC547 D1 – 1 Diodo LED D2 – 1 Fotodiodo IR R1 – 1 Potenciómetro de 100 Kohms R2 – 1 Resistor de 330 Ohms R3 – 1 Resistor (que deben calcular dependiendo del LED IR que usen)

• 1 Fuente o batería de 9 v. • 1 Multímetro •

HERRAMIENTA NECESARIA

Simbolo

Q1

+V

Vin

LED

Rs

Page 10: Practicas de mecatrónica

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Requerimiento: 7.1, 7.5.1 MANUAL DE PRÁCTICAS

4 METODOLOGÍA: Llevar los siguientes pasos. Primera Parte: Circuito No 1 El emisor (parte izquierda del circuito, constituido por la batería de 9 Volts, R3 y LED2), como su nombre lo dice, genera un haz de luz infrarroja que debe incidir sobre la base del receptor, lo que hace las veces de corriente de base, esto a su vez provoca una corriente de colector hacia emisor en el fototransistor y de esta manera permita que en R1 haya una caída de voltaje suficiente como para hacer que circule corriente por la base del transistor Q2, si no es así ajustar R1 para cambiar la sensibilidad del circuito y hacer que Q2 conduzca y de esta manera se encienda el LED1. En caso de no incidir la luz IR sobre el receptor este estará apagado

Figura 1 Circuito No. 1 de la practica No. 2

1. De acuerdo a la hoja de datos de cada uno de los componentes llevar a cabo el circuito no. 1. 2. Colocar el LED emisor infrarojo (LED2) frente al receptor (Fototransistor - Q1) 3. Verificar el comportamiento del LED1 (Como se encuentra el LED 1),

a. Medir el valor del voltaje del LED1 (En los bornes del LED1) b. Medir el valor del voltaje de Q1 (Del Colector al Emisor VCE)

4. Interponer un obstáculo entre LED2 y Q1; que pasa con el LED1. a. Medir el valor del voltaje del LED1 (En los bornes del LED1) b. Medir el valor del voltaje de Q1 (Del Colector al Emisor VCE)

5. Dar cinco ejemplos de aplicaciones con este tipo de sensores o de circuitos. Segunda Parte: Circuito No. 2 El emisor, como su nombre lo dice, genera un haz de luz infrarroja que debe incidir sobre la base del receptor, lo que hace las veces de corriente de base, esto a su vez provoca una corriente de colector hacia emisor en el fototransistor y de esta manera como se encuentra en la parte inferior del divisor de voltaje hace que en R1 no haya una caída de tensión suficiente como para hacer que circule corriente por la base del transistor Q2, si no es así ajustar R1 para cambiar la sensibilidad del circuito y hacer que Q2 conduzca y de esta manera se apague el LED1. En caso de no incidir la luz IR sobre el receptor el LED se encenderá

R3 R1100k 40%

LED2

Q1

Q22N2222

+ V39 V

+ V49 V

LED1

R2330

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Requerimiento: 7.1, 7.5.1 MANUAL DE PRÁCTICAS

Figura 2 Circuito No. 2 de la practica 2

1. De acuerdo a la hoja de datos de cada uno de los componentes llevar a cabo el circuito no. 2. 2. Colocar el LED emisor infrarojo (LED0) frente al receptor (Fototransistor - Q1) 3. Verificar el comportamiento del LED1 (Como se encuentra el LED 1),

a. Medir el valor del voltaje del LED1 (En los bornes del LED1) b. Medir el valor del voltaje de Q1 (Del Colector al Emisor VCE)

4. Interponer un obstáculo entre LED0 y Q1; ¿qué sucede con el LED1? a. Medir el valor del voltaje del LED1 (En los bornes del LED1) b. Medir el valor del voltaje de Q1 (Del Colector al Emisor VCE)

5. Dar cinco ejemplos de aplicaciones con este tipo de sensores o de circuitos.

5 RESULTADOS. Aquí anotar los resultados pedidos.

Page 12: Practicas de mecatrónica

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Requerimiento: 7.1, 7.5.1 MANUAL DE RESULTADOS PRÁCTICAS

Asignatura MTF – 1021 Microcontroladores

Carrera Ingeniería Mecatrónica Nombre de la Practica Practica #2 Detector de proximidad

Integrante 1

Integrante 2

Circuito No. 1

1

Poner foto del circuito en esta sección:

3

Como se encuentra el LED1 =

a. Medir el valor del voltaje del LED1 (En los bornes del LED1). VLED1 =

b. Medir el valor del voltaje de Q1 (Del Colector al Emisor VCE) VCE de Q1 =

4

Como se encuentra el LED1 =

a. Medir el valor del voltaje del LED1 (En los bornes del LED1). VLED1 =

b. Medir el valor del voltaje de Q1 (Del Colector al Emisor VCE) VCE de Q1 =

5

Fecha Firma

Page 13: Practicas de mecatrónica

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Requerimiento: 7.1, 7.5.1 MANUAL DE RESULTADOS PRÁCTICAS

Circuito No. 2

1

Poner foto del circuito en esta sección:

3

Como se encuentra el LED1 =

c. Medir el valor del voltaje del LED1 (En los bornes del LED1). VLED1 =

d. Medir el valor del voltaje de Q1 (Del Colector al Emisor VCE) VCE de Q1 =

4

Como se encuentra el LED1 =

c. Medir el valor del voltaje del LED1 (En los bornes del LED1). VLED1 =

d. Medir el valor del voltaje de Q1 (Del Colector al Emisor VCE) VCE de Q1 =

5

Fecha Firma