Traffic Controller ‘’Semaforo’’Con funcionamiento dia y noche

Grupo: Alejandro Hector, Pezo DiegoProf.: Ing. Dennys CortezParalelo: 13

-Objetivos Generales.

-Introducción del proyecto.

-Analisis por bloque del proyecto.

-Analisis del circuito de Dia y de Noche.

-Tabla de Componentes y Costos.

-Conclusiones.

Objetivos Generales• Diseñar un circuito de controlador de trafico ‘’semaforo’’ muy sencillo pero en

bases a nuevos conocimientos implementarles nuevos bloques de funcionamientos mucho mas elaborados.

• Familiarizarse y reconocer bloques de funcionamiento, es decir poder determinar bloques o etapas que cumplen un determinado fin, que para nuestro controlador seria el bloque de sensor de luminosidad, bloques de interruptor (Relay para nuestro caso), bloque de temporizacion y bloques de optoplamiento.

• Utilizar un CI 555 en funcionamiento Astable y Monoestable.

• Saber realizar la acoplacion del circuito de control a 5V dc al circuito de fuerza de 120V en ac mediante la implementación de un optoacoplador como lo es el Moc y de un Triac.

• Poder hacer variar el tiempo de encendido de las luces cuando esta funcionando secuencialmente conociendo los parámetros y las formulaciones que intervienen en este control de temporización.

• Determinar Costos y tablas de los elementos implementados.

Introducción• El proyecto expuesto explicaremos las fundamentaciones sobre como fabricar un

controlador de trafico con su debida secuencia de operación durante el día y la intermitencia de las luz amarilla durante la noche, utilizando luces con alimentación de 110V en AC.

• Se vera como es utilizado la fotoresistencia conjuntamente con el OPAMP para establecer un bloque controlador que cense la luminosidad del medio ambiente.

• Se dará énfasis de la utilización de un Relay como un bloque interruptor.

• Se dará una breve explicación de la utilización de los circuitos integrados 555 como generadores de ondas cuadradas que controlen la secuencia de encendido de las luces de señalización y se hará notar el funcionamiento en los estados Monoestable y Astable.

• Se explicara el funcionamiento del bloque de acoplamiento entre el circuito de control y el circuito de fuerza, en los cuales hemos utilizados los circuito integrado como el Moc ‘’Moc3031M’’ y el Triac ‘’TIC226D’’.

• Explicación general del funcionamiento de todo el circuito y de las dificultades que se pueden presentar al momento de montar los elementos en el circuito.

Diagrama de bloque del proyecto

• Analizaremos primero el circuito temporizador, es el bloque principal del circuito ya que en el describimos los tiempos en que van ha estar encendidos secuencialmente los focos del semáforo.

• Los bloques restantes los analizaremos en el funcionamiento total del circuito.

Analisis del CI 555Circuito Interno y Terminales del CI 555

El 555 puede operar a partir de 4.5V hasta 18V y puede manejar corrientes de salida de hasta 200 mA.. El terminal 8 va conectado un divisor de tensión mediante 3 resistencias.•El terminal 6 va al comparador superior y cuando la tensión de referencia, en la terminal 6, sea mayor a dos tercios de Vcc, entonces este comienza a funcionar y sale un 1. •El terminal 2 es la entrada negativa del comparador inferior. Sale un 0• El terminal 5 es la entrada negativa del comparador superior.• El terminal 1 va directamente a masa.• El terminal 7 es la de descarga del condensador•El terminal 3 es la salida.•El terminal 4 es el reset. • El terminal 8 es +VCC

Analisis del Funcionamiento del CI 555 en estados Astable y Monoestable.

• Funcionamiento del CI 555 en estado Astable• Aquí en el modo de estado Astable el circuito oscila a una frecuencia y ciclo de

trabajo configurables mediante resistencias y condensadores externos. La versatilidad de este tipo de configuración es que es de tecnología bipolar, en donde las frecuencias y ciclos de trabajo resultantes, no dependen de la fuente de alimentación, sino que la frecuencia, depende los valores de RA, RB y CT y se evalúa mediante la siguiente fórmula

• Para esto debemos aplicar las siguientes formulas que serán de gran utilidad:

Analisis del Funcionamiento del CI 555 en estados Astable y Monoestable.

• Funcionamiento del CI 555 en estado Astable• TA=0.693(R1+R2)C1 ; TB= 0.693(R2*C1)

Donde TA es el tiempo del nivel alto de la señal y TB es el tiempo del nivel bajo de la señal. Estos tiempos dependen de los valores de R1 y R2.

• Recordemos que el periodo es=1/f.

La frecuencia con que la señal de salida oscila está dada por la fórmula:

• f = 1/(0.693 x C1 x (R1 + 2 x R2))

Analisis del Funcionamiento del CI 555 en estados Astable y Monoestable.

• Funcionamiento del CI 555 en estado Monoestable.• Se basa en la carga y descarga del capacitor C. Al aplicar un pulso negativo

(menor a 1/3 Vcc) en el terminal 2 (trigger) el flip-flop interno del integrado coloca la salida en estado alto y levanta el cortocircuito a través del capacitor.En ese momento el capacitor comienza a cargarse exponencialmente, durante un periodo igual a t=1,1RAC Al finalizar ese tiempo el capacitor estará cargado con un valor de 2/3 Vcc. Entonces el comparador resetea el flip-flop el cual lleva la salida a estado bajo y descarga el capacitor.

• Tanto la carga como el limite del comparador son ambos directamente proporcional al voltaje de alimentación, el intervalo de tiempo es independiente de dicho voltaje .

Analisis del Funcionamiento del CI 555 en estados Astable y Monoestable.

• Funcionamiento del CI 555 en estado Monoestable.• Durante el ciclo temporizado cuando la salida esta a nivel alto cualquier aplicación

de un pulso negativo en el trigger no tendrá efecto sobre el temporizado siempre y cuando el nivel del trigger regrese al nivel alto 10uS antes del fin del tiempo temporizado. Sin embargo el circuito puede ser reseteado durante el ciclo temporizado aplicando un pulso negativo en el terminal de reset. La salida volverá a estar a nivel bajo, hasta que se produzca otro pulso sea aplicado al trigger.

• Cuando la función de reset no se use, es recomendable conectarla a Vcc para evitar activaciones en falso. En la operación monoestable el trigger deberá estar en el nivel alto antes del fin del ciclo temporizado.

• La salida a través del capacitor aumenta exponencialmente con la constante de tiempo t=R1C1.

• La duración del estado alto es dada por la ecuación siguiente: T=1.1*(R1 * C1)

Analisis del Funcionamiento del Moc y del Triac

• La gran ventaja de un optoacoplador reside en el aislamiento eléctrico que puede establecerse entre los circuitos de entrada y salida.

• Fundamentalmente este dispositivo está formado por una fuente emisora de luz, y un fotosensor de silicio, que se adapta a la sensibilidad espectral del emisor luminoso.

• Para nuestro proyecto usamos MOC3031M.

Analisis del Funcionamiento del Moc y del Triac

• El TRIAC conmuta del modo de corte al modo de conducción cuando se inyecta corriente a la compuerta.

• La aplicación de los TRIACS, a diferencia de los Tiristores, se encuentra básicamente en corriente alterna.

• En nuestro caso utilizamos TIC226D.

Análisis del circuito• AZUL: Fuente

Regulada

• ROJO: Interruptor controlado con fotoresistencia

• VERDE: Bloque temporizador

• AMARILLO: Bloque optoacoplamiento

Fuente de Voltaje regulada 5V

Tranformador (110v a 9v, a 1A)Puente de diodos(1N4007)Filtro(capacitor 1000uF)Regulador(LM7805)

Bloque interruptor controlado

LDR(50Ω a 880K Ω)OPAMP(UA741)Transistor(2N3904)Diodos(1N4007)Relay(5V)Resistencias(1K, 10K, 15k)

Bloque Temporizador

CI555(2 Astable, 1 monoestable)Capacitores(100n, 10n, 470u)Resistencias(1K, 10K, 100K, 470Ω)Diodos(1N4007)

Bloque de optoacoplamiento

MOC(MOC3031M)TRIAC(TIC226D)Diodo(1N4007)Resistencias(220Ω, 330Ω, 10k)

-Analisis del circuito de Dia y de Noche.

Circuito Impreso

Tabla de Componentes y Costos.

Componente Precio($)

1 relé +4 Triacs+4 Octoacopladores 11.55

Integrado 7805 0.50

LDR(fotorresistencia) 0.25

Resistencias(totales) 1.00

Transformador de 110vac a 9vac 4.50

Diodos 1N4007 (totales) 0.80

Capacitores(totales) 2.00

3 Integrado 555 1.65

1 Transistores Q2N3904 0.35

1 Potenciómetros 0.55

Conectores tipo borneras 1.20

Cables diversos 0.70

3 focos de colores 4.50

baquelita 25.90

Total 56.05

Observaciones• El voltaje indicado en el relé se refiere a la diferencia de potencial necesaria

para que cambie del normalmente cerrado a normalmente abierto.

• El circuito integrado 555 está trabajando con la configuración Astable y monoestable.

• En cuanto se bloquea el ingreso de la luz a la fotorresistencia, inicia el funcionamiento del circuito interruptor dando paso al intermitente.

• El voltaje que llega a la Base del transistor debe ser mayor al existente entre Base-Emisor para que se sature.

• Tomar en cuenta que el pin4 del MOC es el que da la señal a la compuerta del TRIAC

Recomendaciones• Se debe verificar que en la pin 3, la salida del CI 555, se obtenga una onda cuadrada.

• Se debe de tener en cuenta que el voltaje que se observa en los pines 2 y 3 del OPAMPno debe de ser mayor al de los pines 7 y 4, dado que no funcionaria en las características deseadas.

• En el circuito intermitente se debe colocar necesariamente los potenciómetros en las resistencias R1 y R2 para que el usuario pueda manipular la intermitencia de la salida del foco(carga)

• En el bloque interruptor con opamp es necesario para el diseñador colocar un potenciómetro en la resistencia R3 y R2, dado que facilitara manipular la salida del voltaje del opamp en conjunto y muy importante tener en cuenta el cambio de resistencia de la fotorresistencia con luz y en la oscuridad.

• Tener en cuenta como es la debida conexión del trias con el moc ya que el pin6 es que lleva la señal al triac y debe ser conectado en la compuerta que vendría a ser el pin3.

Conclusiones• Funcionamiento

• El circuito expuesto a la luz funciona encendiendo un foco a la vez, cambiando entre los 3 luces existentes (Verde, Amarillo y Rojo). En cuanto a la fotorresistencia se le aplica oscuridad se inicia el funcionamiento del Circuito Interruptor que conmuta el voltaje de 5v del circuito inicial al Circuito Intermitente logrando que el foco amarillo prenda y apague.

Conclusiones• Precios

• Utilizamos 3 555, dado que es un integrado económico, debido a la popularidad y uso común del mismo.

• Pero los elementos más costosos en esta implementación fueron los moc MOC3031 y MOC3021 y también los triac TIC226D.

• Alimentación

• En el circuito en general tenemos CI 555,opamp y relay que necesitan de una fuente de voltaje estable para su funcionamiento que debe estar regulada en5V en voltaje DC.

• Se necesita de una alimentación de 110V AC para poder hacer trabajar las luces de señalización esto es en el circuito de fuerza.

Conclusiones• Sonido

• El único sonido(mínimo) existente en el circuito es debido a la presencia del relé que al cambio de posición de normalmente abierto a normalmente cerrado o viceversa emiten un pequeño ruido que es claramente perceptible por el oído humano durante el switcheo al pasar del funcionamiento del día a la noche.

• Peso

• El circuito con sus elementos como los 555, el relay, el Opamp, el transistor, los Moc, los Triac y las bombillas de colores presentan un peso considerable, y además el circuito posee un transformador que pertenece a la parte de rectificación por lo cual todo el circuito en si se vuelve pesado.

ConclusionesPrecisión

• El CI. 555 depende directamente de las resistencias y de los capacitores que se coloquen a sus conexiones de entrada.

Dificultades

• Hay que tener mucho cuidado a la hora de hacer la conexión de los optoacopladores MOC ya que estos se pueden dañar si no se les conecta la resistencia de 330Ω a la entrada del pin2 para limitar la corriente de entrada y también este se podría dañar si no se le conecta una resistencia de 220Ω en los pines que están en la salida el moc.

• También otro dificultad es que los Triac se sobrecalientan rápidamente por lo que se vuelven propensos a que se quemen con facilidad, como anexo habrá que decir que para nuestra implementación se nos quemo un moc y dos triac por lo que se nos volvió complicado y costoso la culminación de nuestro proyecto.

ConclusionesAPLICACIONES:

• El semáforo y los bloques que lo conforman tienen una amplia gama de aplicaciones, ya que el uso de un acoplador que separa la parte de control con la de fuerza tiene mucha utilidad y muchas mas aplicaciones en otros circuitos de controles electrónicos y que fácilmente se podrían acoplar a un sistema de mas alta potencia.

• Los bloques en los cuales están presentes los CI 555 permiten mostrar el funcionamiento de dicho circuito bajo la configuración Astable obteniendo como resultado en el pin 3 una onda cuadrada que puede ser modificada variando los valores de las capacitancias que se encuentran conectadas a las entradas de las mismas, pero a la vez se llego a la conclusión que el 555 también tiene un funcionamiento monoestable es decir haciendo regir su periodo de funcionamiento bajo otras condiciones aunque sigue siendo dependiente del bloque de temporización Astable y con esto abriendo la idea que podemos utilizar este funcionamiento en muchas mas aplicaciones.

GRACIAS