Laboratorio de Circuitos Digitales II

Facultad de Ingeniera Electrnica y ElctricaUniversidad Nacional Mayor de San Marcos

Laboratorio de Circuitos Digitales IIProyecto: Tacmetro DigitalAlumnos: Asencio Aranda, Oscar Felipe Castro Torrejn, Jhoel Williams Saavedra Tarazona, Edison

Nombre del Curso: Circuitos Digitales IICdigo del Curso: 191064Profesor: Ing. Guillermo Tejada MuozFecha de Realizacin: 09 de Diciembre del 2013

CONTENIDO

Objetivos Introduccin

Materiales e instrumentos

Diagrama de Bloques

Diseo del Circuito

Simulacin del Circuito

Aplicaciones

Conclusiones

Objetivos

Disear un tacmetro digital que nos permita leer la frecuencia y/o revoluciones en un intervalo de tiempo, y que el resultado sea mostrado en los displays. Conocer las aplicaciones del tacmetro digital Obtener un presupuesto econmico del producto

IntroduccinEn la actualidad se han desarrollado tcnicas efectivas para el monitoreo y mantenimiento de la maquinaria de forma rpida y confiable que pone de todo en manos de la instrumentacin para evitar grandes costos y poder hacer un mantenimiento predictivo. Los sistemas confiables para monitoreo y diagnstico de maquinaria, provisto de seales de entrada de mediciones correctas, son muy apreciadas por su valor. Para medir la velocidad por ejemplo, se cuentan con diversos equipos entre ellos el tacmetro.El tacmetro es un dispositivo que mide las revoluciones por minuto (RPM) del rotor de un motor o de una turbina. Son utilizados para llevar un registro de las velocidades del elemento que tengamos en estudio, que nos permita saber si est trabajando en forma adecuada. Con este tipo de instrumentos evitaremos que se detenga la maquinaria, pudiendo hacer un mantenimiento en el momento adecuado. Tambin se puede emplear para conocer distancias recorridas por ruedas, engranes o bandas.

Un frecuencmetro o tacmetro es un instrumento que sirve para medir la frecuencia, contando el nmero de repeticiones de una onda en la misma posicin en un intervalo de tiempo mediante el uso de un contador que acumula el nmero de periodos. Dado que la frecuencia se define como el nmero de eventos de una clase particular ocurridos en un perodo, su medida es generalmente sencilla.Segn el sistema internacional el resultado se mide en Hertzios (Hz). El valor contado se indica en un display y el contador se pone a cero, para comenzar a acumular el siguiente periodo de muestra.La mayora de los contadores de frecuencia funciona simplemente mediante el uso de un contador que acumula el nmero de eventos. Despus de un periodo predeterminado (por ejemplo, 1 segundo) el valor contado es transferido a un display numrico y el contador es puesto a cero, comenzando a acumular el siguiente periodo de muestra.El periodo de muestreo se denomina base de tiempo y debe ser calibrado con mucha precisin.

El presente trabajo est basado fundamentalmente en la implementacin de un dispositivo en el cual se pueda observar el control de un motor y la medicin de su velocidad con un tacmetro digital.

Materiales e Instrumentos

17476

1555

2Capacitor 0.01uf, 10uf

2Capacitor electroltico 1uf

1Resistencia 68k

3Resistencia de 10k

22Resistencia de 220

274121

17414

17408

37490

37475

37447

3Display nodo comn

Osciloscopio

Generador de funciones

Sensor de pulsos

Fuente DC

Motor de velocidad

Diagrama de bloques

En el diagrama mostrado tenemos en bloques lo necesario para desarrollar un tacmetro, las conexiones de pines pueden hacerse con el datasheet del IC o podemos usar Cmos equivalentes a los TTL mostrados, usamos el diagrama para explicar el funcionamiento.En lugar del 7475 que son registros tipo latch, puedes utilizar el 74194 que son contadores universales.En este, la cuenta entra por las entradas de datos, pero no pasa a la salida hasta que reciba un pulso por la entrada CLK de los 74194. As pasar la cuenta a los 7447 cada segundo.

Diseo

555 y FF JKLa ventana de tiempo proviene de un oscilador astable (exacto) de 1 Hz (1 segundo), se usa un flip flop JK en configuracin "Toggle", o divisor entre 2, esto habilita a la compuerta 7408 para que deje pasar lo que le llegue por la otra entrada durante un segundo exacto completo. Y luego vuelve a bajar durante un segundo. Y el ciclo se repite.Para el clock se puede usar un 555 de 1 Hz que no siempre es exacto o la base de tiempo de un reloj digital que es ms preciso.

T=0.693*(10k+2*67.15k)*10uf = 1s

Carga y descarga del capacitor mostrada en el osciloscopio (amarillo) y Salida (violeta)

CARGA: 0.5505sDESCARGA: 0.45s

Seal del 555 astable y del FF JK, observamos que el periodo de salida del 555 se duplica a la salida del FF.

74121Los 74121 son multivibradores monoestables, deben generar pulsos muy cortos , muchos menores que los pulsos de entrada , slo se le pone un pequeo condensador de unos cuantos picos.El primer pulso se genera cuando se cierra la ventana de tiempo ( 1 segundo) el pequeo pulso de salida de este monoestables va hacia las entradas clock de los 74194 contadores universales , haciendo memorizar la cuenta que muestra el display , el termino de este pequeo pulso dispara al segundo monoestable 74121 , este segundo pulso va hacia los contadores para resetear la cuenta a 0.En este caso, la resistencia R tiene un valor de 10K (10 mil ohms) y el condensador tiene un valor de 1 uf, sin embargo para una resistencia ms grande el capacitor baja de tal manera de tener una constante de tiempo mucho menor al segundo que abre la ventana de tiempos, lo cual le fijar al pulso de salida una duracin de unos 0.066 segundos con un comportamiento mostrado por el siguiente diagrama de tiempos.

AmarilloSeal JK

AzulSeal de clock hacia los contadores 74194 (habilitacin y memoria)

VioletaSeal que resetea la cuenta de los contadores 7490

Sobre el monoestable 74121 se escoge este debido a que se dispara con un flanco de subida a diferencia del 555 que se dispara con un pulso en bajada.

SealPara la entrada, no siempre tenemos ondas digitales perfectas, quizs se deba encontrar la frecuencia de ondas senoidales, para eso se debe conformar o " cuadrar" la entrada esto se hace con el 7414 "Schmitt Trigger", es necesario que la entrada tenga un nivel mximo de 5 volts porque trabajamos en TTL.

Diferentes seales de entrada y la salida siempre ser de forma cuadrada gracias al 7414 "Schmitt Trigger

Contador, memorizacin y decodificador:Comenzaremos con la parte del contador, 74190, bastante conocidas porque se usan tambin en relojes, los 7490 son contadores dcada, es decir ante cada pulso de entrada van mostrando ese nmero en cdigo BCD (0001....etc.) en sus 4 pines de salida como se muestra, esto cambia con cada pulso, si se conectaran de frente los decodificadores se vera la cuenta ascendente con cada pulso hasta detenerse y comenzar de nuevo. Como solo se necesita la cuenta final es que necesitamos un circuito que "memorice" solo la ltima cuenta.

Se observa que la cuenta se reiniciara a cero despus de que el ltimo monoestable 74121 se active por un periodo de tiempo pequeo.Los contadores 74194 se habilitaran cuando llegue la seal de clock (seal del primer monoestable con una duracin menor a la ventana de tiempo) esto hace q se memorice la cuenta debido a que el contador esta en modo carga paralela.Entonces los contadores 7490 realizan la cuenta hasta que llegue una seal a R1 (0) Y R2 (0) que reinicie la cuenta, justo antes de q se reinicie la cuenta llega el (clock) del primer monoestable haciendo que la cuenta se memorice y pasndola al decodificador para luego ser vista por los display.

Circuito a implementar

Sensor Encoder de pulsosLos encoder son sensores de interrupcin luminosa formados por fototransistores ya que su velocidad de respuesta es mayor que las de la foto-resistor. El funcionamiento es similar al de estos.Al interponerse un objeto entre los fototransistores deja de incidir el haz luminoso y vara su valor.

La aplicacin ms popular de este sensor es la de medir la velocidad de giro de los ejes de los motores. Para llevar a cabo esta tarea se sujeta al eje del motor un disco de material opaco con ranuras repartidas simtrica y radialmente por su superficie. Conociendo el nmero de ranuras se sabe el nmero de veces que se cortar el haz de rayos infrarrojos por cada vuelta y contando los impulsos en el fototransistor se averiguara las vueltas giradas en un tiempo medido.

AplicacionesEl tacmetro ptico mide con precisin la velocidad rotatoria (RPM) usando un haz de luz visible, puede ser usado a una distancia de hasta 8 m en un elemento rotatorio. La construccin robusta, portabilidad y caractersticas notables del tacmetro ptico, lo hacen la opcin ideal para el departamento de mantenimiento, operadores de mquinas y varias otras aplicaciones en maquinarias.El tacmetro de contacto mide con precisin la velocidad rotatoria y de superficies, as como longitud. El interruptor incorporado del selector permite que el usuario exhiba lecturas en una amplia variedad de unidades de medidas. La medicin con contacto se lleva a cabo por medio de un adaptador mecnico con cabeza o con rueda de medicin.En medicina, los tacmetros se utilizan para medir la tasa de flujo sanguneo en un punto particular en el sistema circulatorio. Conclusiones Es muy importante revisar previamente los datasheet de los integrados a utilizar. Para efectuar la medida de la frecuencia existente en un circuito, el frecuencmetro ha de colocarse en paralelo, en derivacin sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el frecuencmetro debe poseer una resistencia interna alta, para que no produzca un consumo apreciable, lo que dara lugar a una medida errnea. Por ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnticos de la corriente elctrica, estarn dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a travs del aparato se consigue la fuerza necesaria para el desplazamiento de la aguja indicadora. Si el elemento a contar est ya en forma electrnica, todo lo que se requiere es un simple interfaz con el instrumento. Cuando las seales sean ms complejas, se tendrn que acondicionar para que la lectura del frecuencmetro sea correcta. Incluyendo en su entrada algn tipo de amplificador, filtro o circuito conformador de seal. Otros tipos de eventos peridicos que no son de naturaleza puramente electrnica, necesitarn de algn tipo de transductor. Por ejemplo, un evento mecnico puede ser preparado para interrumpir un rayo de luz, y el contador hace la cuenta de los impulsos resultantes. Costos y Presupuestos

Lista de Materiales utilizados

CantidadValorPrecio

2610k, 220, 68kS/1.30

ResistenciasTotal: S/1.30

CantidadValorPrecio

5 electrolticos2.2uf, 10ufS/1.00

3 cermicos0.01ufS/0.20

CondensadoresTotal: S/.1.20

CantidadCdigoPrecio

1555S/0.50

274121S/3.00

17476S/1.50

17408S/1.00

37490S/9.00

37475S/4.50

37447S/4.50

C. IntegradosTotal: S/24.00

CantidadnombrePrecio

3ProtoboardS/24.00

3Display nodo comnS/3.00

1 metroCable UTPS/ S/1.00

1 Sensor de pulsos con motor incluidoS/15.00

OtrosTotal: S/43.00

Costo Total: (aproximacin) En caso de no contar con ningn material a la mano.S/67.00 Con descuentoEn caso de contar con los 3 protoboard: S/43.00Proyecto Tacmetro Digital