Robótica : Motores Servo

Una de las palabras más encontradas por los recien iniciados en Robótica es la palabra Servo , muchas veces obviando a que se refiere a un tipo de motor.
Entonces vendría la pregunta : ¿ qué es un servo?
Un servo es un pequeño motor asociado a otros dispositivos que tiene un eje de salida. Este eje puede estar situado en posiciones angulares exactas mediante el envío de una señal codificada. Mientras la señal codificada existe en la línea de entrada, el servo mantendrá la posición angular del eje. Cuando la señal codificada cambie, la posición angular del eje tambien lo hará.
En la práctica, los servos se utilizan en los aviones de radio control manejando posiciones como las de los elevadores y timones. También se utilizan en los coches de radio control y por supuesto, robots.

Apariencia de un motor servo Futaba S-148

Los servos son sumamente útiles en robótica. Los motores son pequeños, como se puede ver por la imagen de arriba, se han construido con los circuitos de control, y son extremadamente potentes para su tamaño . Un servo estándar tales como la Futaba S-148 tiene 42 oz / pulgadas de torque o par mecánico, que es bastante fuerte para su tamaño. También la potencia es proporcional a la carga.
Un servo motor desmontado se muestra en la imagen siguiente se pueden ver los circuitos de control, el motor, un conjunto de engranajes reductores, y el casco. También se pueden ver los 3 cables que lo conectan con el mundo exterior.Estos son la tensión de alimentación (+5 V), tierra o 0 voltios, y el cable blanco que es el alambre de control.

Entonces, ¿cómo trabaja un servo ? El servo motor tiene algunos circuitos de control y un potenciómetro que está conectado mecanicamente a la salida del eje. Esto permite a los circuitos de control supervisar el ángulo actual del servo motor. Si se encuentra en el ángulo correcto, entonces el motor se apaga.. Si el circuito encuentra que el ángulo no es correcto, hace que el motor gire a la dirección correcta hasta encontrar el punto correcto. El eje de salida del servo es capaz de girar alrededor de 180 grados esto es la norma aunque algunos llegan a girar 210 grados.
Un servo normal se utiliza para controlar un movimiento angular de entre 0 y 180 grados. Un servo normal no es mecánicamente capaz de desplazarse más lejos debido a una traba mecánica construida en la salida principal de los engranajes.
La cantidad de energía aplicada al motor es proporcional a la distancia que necesita para viajar.Por lo tanto, si el árbol ( parte mecanica movida por el eje ) necesita su vez una gran distancia, el motor funcionará a toda velocidad. Si es necesario sólo una pequeña cantidad, el motor funcionará a una velocidad más lenta. Esto se llama control proporcional.
¿Cómo comunicar el ángulo en el que el servo se encuentra? El cable de control se utiliza para comunicar el ángulo. El ángulo es determinado por la duración de un pulso que se aplica al alambre de control . Esto se llama modulación de pulsos codificados. El servo espera ver un pulso cada 20 milisegundos (.02 segundos). La duración del pulso determinará hasta qué punto el motor gira.
Un pulso de 1,5 milisegundos, por ejemplo, hará que el motor gire a la posición de 90 grados (a menudo llamado la posición neutra). Si el pulso es de menos de 1,5 ms, entonces el motor llevará su posición a cerca de 0 grados. Si el pulso es más largo que 1.5 ms, el eje gira a 180 grados.

Como se puede ver en la imagen, la duración del pulso determina el ángulo del eje de salida (que se muestra como el círculo verde con la flecha).Tenga en cuenta que los tiempos aquí son ilustrativos, y los tiempos reales dependen de la fabricante de motor. El principio, sin embargo, es el mismo.

El CNY70 Optoacoplador

El CNY70 tiene forma de un cubo y cuatro patitas , en su interior tiene un diodo emisor de infrarrojos que trabaja a una longitud de onda de 950 nm. y un fototransistor (receptor) estando ambos dispuestos en paralelo y apuntando ambos en la misma dirección ,es decir el fototransistor no recibe la luz directa del led sinó el reflejo sobre una superficie, la distancia entre emisor y receptor es de 2.8 mm. y están separados del frontal del encapsulado por 1 mm.
El CNY70 es un sensor de infrarrojos reflexivo con emisor y receptor en el mismo encapsulado. La distancia óptima de medida se encuentra dentro del rango 0-5mm, lo que obligará a que esté muy cerca del suelo.El circuito eléctrico implementado indicando su polarización para los 5 voltios de norma se muestra en la figura

Sin embargo el funcionamiento no es lo digital que quisieramos sinó analógico , es decir el fototransistor conducirá mas, contra mas luz reflejada del emisor capte por su base , la salida de este dispositivo es analógica y viene determinada por la cantidad de luz reflejada, para cuadrar esto en forma de tener una salida digital se podría poner un disparador Trigger Schmitt pero esto tiene un problema, y es que no es posible ajustar la sensibilidad del dispositivo y los puntos de activación de histerisis distarian algunos milivoltios uno del otro
Para resolver este problema se puede usar un circuito basado en un comparador,pudiendo utilizar desde un humilde opam 741 hasta los actuales con entrada cmos en la salida del circuito obtendremos una señal cuadrada lista para su aplicación digital.

Como comparador la sensibilidad del circuito es ajustable mediante la resistencia variable de 10k para determinar el punto de cambio de estado , para comprobar y monitorear la señal de salida es posible montar un diodo led en la salida con su resistencia de polarización a tierra unos 330 ohmios, cuando el sensor detecta una superficie blanca o reflectante el led se ilumina ya que la salida del opam pasa a nivel alto ,en "negro " el led está apagado.
La salida del LM358 mostrado en este esquema varia de 0V para nivel lógico 0 a unos 3,3V para nivel lógico 1, con lo que puede ser llevada directamente a un disparador trigger schmitt como el 74LS14 para conformar pulsos de niveles TTL de 0 a 5V si fuese necesario .

Motores de corriente continua en Robótica

Cuando necesitamos un motor para aplicaciones simples de robótica,se deben considerar factores como son la velocidad, el par, el frenado, la inercia y el modo de control.
Si lo que queremos es utilizar un motor de corriente continua, por simplicidad o tambien por motivos de costo, los más económicos son los que se utilizan en algunos juguetes, pero tienen el inconveniente de que su número de revoluciones por segundo (RPS) es muy elevado, lo que no los hace muy apropiados para la construcción de un seguidor de línea, si es que no se utilizan reductores adicionales o un sistema de regulación electrónico o modulación por ancho de pulso ,cosa que se puede hacer con un 555 como disparador en astable y un monostable para fijar un pulso fijo .
Hay motores de corriente continua con reductores o sistemas reductores mecánicos para acoplar a los motores , es decir un sistema de engranajes que va disminuyendo la velocidad del eje pero aumentando el torque, dandole más potencia al carrito a construir para mover su circuiteria y la fuente de alimentación que tienen un peso significativo , sobre todo las pila o baterias.
En las páginas americanas o europeas se recomienda dede el inicio un servomotor o un motor de control paso a paso para la construcción de el carrito movil a utilizar en Robotica , si bien es lo ideal por la facilidad de conseguir programar su funcionamiento con PIC la realidad en muchos paises o localidades es su alto precio o la necesidad de importarlos.
Sin embargo para iniciar a un alumno en edad escolar o para primer proyecto de un aficionado podemos mas o menos evitar la reducción por engranaje de las reductoras mecanícas por el sistema de trasmisión por banda , aquí la relación de velocidad angular y por tanto la velocidad lineal o tangencial en el borde del disco que es lo que se aplica al piso está en relación con el radio de los discos , lo que mostramos en las siguientes fotos es como utizar un motorcito de una pequeña grabadora o walkman descartado con su respectiva banda de transmisión elastica para mover directamente el eje de la rueda del carrito , la solución no es la mas recomendable pero funciona siempre y cuando el peso no sea excesivo.

En esta secuencia el motor es de una grabadora mas grande que funciona a 9 voltios sin embargo el procedimiento es el mismo , usar una banda elástica de transmisión para grabadoras de cassetes ( ahora muy poco usadas ) para transmitir la rotación del eje del motor hacia la rueda.

Robótica : El fototransistor

Se llama fototransistor a un transistor sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. La luz incide sobre la región de base, generando portadores en ella. Esta carga de base lleva el transistor al estado de conducción. El fototransistor es más sensible que el fotodiodo por el efecto de ganancia propio del transistor.
En el mercado se encuentran fototransistores tanto con conexión de base como sin ella y tanto en cápsulas plásticas como metálicas (TO-72, TO-5) provistas de una lente.
Se utilizan ampliamente encapsulados conjuntamente con un LED, formando interruptores ópticos (opto-switch), que detectan la interrupción del haz de luz por un objeto. Existen en dos versiones: de transmisión y de reflexión, también, dentro de sus características de elemento optoelectrónico, el fototransistor conduce más o menos corriente de colector cuando incide más o menos luz sobre sus junturas.
Los fototransistores reaccionan más rápidamente y son mucho más sensitivos que las simples celdas fotoresistivas , estas tienen una inercia que retarda la desactivación de luz y por tanto produce un error en la desactivación o activación del motor que se le ha asignado ,sin embargo este sensor solamente no es muy fiable. Aunque sea útil para detectar la luz que le incide, deba ser calibrado para cada diverso ambiente de la iluminación a el cual se sujete.


El fototransistor es muy sensible a la luz, y se debe blindar cuidadosamente.Debido a que existe un factor de amplificación de por medio, el fototransistor entrega variaciones mucho mayores de corriente eléctrica en respuesta a las variaciones en la intensidad de la luz. Sugerimos el usar una tubería negra .
Tambien se encuentran pares de fototransistor/LED. Esto es útil para detectar diferencias en color, tal como las líneas en el, o los diversos colores de bolas cuando se usa un brazo robótico. Esta técnica necesita de buena calibración para ser confiable. Blindar el fototransistor muy bien.



Una forma de preparalo para las superficies a detectar es con el uso de un comparador , es necesario porque la luz ambiente influye tambien en la lectura y el paso de blanco a oscuro debe hacer se teniendo en cuenta este factor , un circuito en el que se emplea un comparador referido a una tensión de referencia fijada por el potenciometro es el siguiente :

Robótica : Sensores de luz

Los sensores que usamos en una configuración elemental para robótica son las llamadas fotoresistencias ( resistencias que varian de acuerdo a la luz que incida en ellas ), considerando que cuando estan cubiertas o no reciben luz su resistencia es muy alta del rango de muchos kilohms , pero al recibir luz su valor puede bajar hasta unos cientos de ohmios de acuerdo a la intensidad y color de luz.
Su apariencia es la siguiente :
En un carrito seguidor básico las usamos para realizar la detección de una linea entre blanco y negro , aplicando el cambio en resistencia dependiente de luz para una activación directa ( no recomendable por la región de incertidumbre ). Las comparaciones de voltaje mas confiables son usando comparadores integrados como el LM 339 (quad comparador ) o tambien con el OP-AMP LM324 que tiene 4 opamps en un solo chip. Las señales recibidas por las fotoresistencias son emitidas por LEDs de alta intensidad.

El conjunto de sensores funcionan como sigue : tenemos los LEDs, estos se encuentran en serie con resistencias a GND de 220 Ohms a 5V, para limitar la corriente. Los LEDs están emitiendo luz continua, dependiendo de la intensidad de luz reflejada por la línea blanca y el piso negro, las fotoresistencias varian su resistencia.
Las fotoresistencias están en configuración de divisor de voltaje con un potenciometro, esto es para ajustar el valor en el cual el comparador qe se escoga mandará a su salida un 0 lógico(0-0.8V) o un 1 lógico(3.7-5V) dependiendo del color reflejado.Calculamos en el divisor de Voltaje
Vout = Vin (R2 / R1 + R2)
R1 es la resistencia de las fotoresistencias(conectado a V+)
R2 es la resistencia de los potenciometros(conectado a tierra)

Estas salidas las usamos para conectar o desconectar motores . Su colocación física en un carrito seguidor de linea sería como se vé en la figura , para uno de los fotoresistores , con el led de alto brillo a su lado:

Robótica : motores con reducción

Los motores de corriente continua que usamos son actuadores muy potentes que giran a demasiada velocidad como para poder utilizarlos en muchas aplicaciones robóticas. Por esa razón se emplean los reductores, habitualmente basados en engranes (tambien llamados engranajes).
Gracias a los engranajes podemos reducir la velocidad de los motores e incrementar el torque del motor (su "fuerza" en la concepción popular del térmimo).
Esto nos permite actuar elementos pesados como la carga del carrito , tambien y con mayor requerimiento en el caso de los brazos robóticos, con una reducción suficientemente elevada y fiable un pequeño motor podría mover cualquier peso, sacrificando por supuesto velocidad de giro.
Para potencias bajas se utilizan moto-reductores que son equipos formados por un motor eléctrico y un conjunto reductor integrado.Para potencias mayores se utilizan equipos reductores separados del motor. Los reductores consisten en pares de engranajes con gran diferencia de diámetros, de esta forma el engrane de menor diámetro debe dar muchas vueltas para que el de diámetro mayor de una vuelta, de esta forma se reduce la velocidad de giro.

Para obtener grandes reducciones se repite este proceso colocando varios pares de engranes conectados uno a continuación del otro. Para el caso de los motorcitos que mueven las ruedas del carrito seguidor estas no podrían conectarse directamente como eje de las ruedas porque estas derraparian o resbalarian justo por la falta de torque ; a pesar de su gran velocidad girarian en su propio sitio o lo peor no girarian ; pudiendo dañarse por sobrecalentamiento , por eso es necesario agregarle un conjunto de engranajes reductores como se aprecia en la siguiente foto de un carrito seguidor :

Robótica : Seguidores de linea

¿Qué es un Robot Sigue Línea?
Los robots seguidores de línea (o robots rastreadores de linea) son considerados como el primer paso en el mundo de la robótica. Son robots muy sencillos, que cumplen una única misión: seguir una línea marcada en el suelo (normalmente una línea negra sobre un fondo blanco).
Como tarea de inicio en Robótica intentaremos construir un robot lo más simple posible.Se trata de construir un robot (carrito) que siga la trayectoria de una fuente de luz, de manera que si este foco se interrumpe, el robot dejará de desplazarse hacia delante y empezará a buscar el foco de luz nuevamente,para esto necesitamos de un vehículo accionado por dos ruedas accionadas por motores.
En el principio básico necesitamos mínimo dos sensores de luz (fotoresistencias , fototransistores) y dos o mas fuentes de luz (foquitos , leds ) cada sensor de luz debe captar oscuridad o reflejo de una superficie blanca.
El robot estará compuesto de un circuito que podremos hacer fácilmente con una placa pre perforada o haciendo un circuito impreso , es importante indicar que se deberá construir dos circuitos exactamente iguales : uno para cada sensor-motor (rueda) e irán cruzados .El sensor izquierdo actuara sobre el motor derecho y el sensor derecho sobre el motor izquierdo ,un diagrama explicaría mejor esta conexión.


Los motores deben ser de corriente continua , en nuestro caso tomados de carritos de juguete que traen engranajes reductores de velocidad para mover las ruedas, las rueditas pueden tomarse del mismo carrito de juguete . Los sensores van paralelos al suelo y a unos 2 o 3 mm de separación desde el suelo a la superficie del sensor , la separación entre ambos sensores será para que quede dentro de la línea negra que vayamos a usar como trayectoria.
Suponiendo que el seguidor debe detectar una linea negra como es la mayoria de circuitos propuestos en la red , cuando tenga los dos sensores viendo blanco (con la linea negra entre ellos) los 2 motores estarán en marcha con lo que el robot avanzara en línea recta, cuando llega a una curva y supongamos que el sensor izquierdo sale de la línea negra entonces provocara que el motor del lado contrario (motor derecho) se desactiva con lo cual el robot girara a derecha entrando de este modo en la línea negra otra vez , para el caso contrario pasa lo mismo pero con el otro motor y sensor.
Información sobre esto es muy abundante en internet , la mayor parte basada en microcontroladores debido a que las nuevas generaciones de electrónicos basan su formación en ellos dejando de lado transistores y circuitos electrónicos digitales TTL o CMOS.
Para este post usaremos la lógica mas simple que podamos mostrar, intentaremos hacer un seguidor de trayectoria utilizando solo un fotoresistor (en Lima Perú se encuentran por S/1 un sol ,más o menos 0.30 centavos de dolar ) un foquito de linterna para mayor simplicidad si no se sabe usar leds , un transistor de potencia con disipador de calor y dos motorcitos (en la "cachina" de Lima se encuentran muchos carritos de juguetes malogrados buenos para este fin ), no olvidar los diodos de protección en reversa para los picos inversos.
En este tipo de diseño una de las ruedas estará accionada siempre mientras que la otra se activará o desactivará de acuerdo a que la LDR (fotoresistencia) no reciba luz o la reciba por reflejo.
Cuando iluminamos la fotorresistencia (LDR) por el reflejo de zona blanca el transistor conduce, accionando el motor de su rueda. En este caso, estarán en funcionamiento los dos motores y pero el motor controlado por el transistor tiene mayor voltaje que el otro y hará un giro en la dirección que se le ha asignado el robot irá en sentido contrario. Un circuito muy sencillo sería este:

Aqui la zona central seria blanca mientras que la de afuera es negra , el motor que tiene solo una pila la lleva hacia el centro mientras que cuando el fotoresistor ve blanco se vá hacia afuera . En el video adjunto la zona central es negra por tanto se debe invertir la conexion del sensor usando una resistencia referida a tierra y tomar el divisor de voltaje . En este proyecto como solo vamos a usar un fotoresistor no podemos usar una linea , el robot deberá distinguir solo blanco o negro es decir deberá ir por los bordes de una superficie cerrada curva cuya parte interior será negra como se verá en el video adjunto si aprecian el movimiento del robot la rueda que está permanente conectada es la derecha intentando llevar al robot hacia la izquierda , pero este motor tiene solo una pila y tiende a llevar al robot hacia la zona negra . Para este diseño el motor izquierdo deberá activarse cuando el fotoresistor "vea" negro y apagarse cuando entre a la zona blanca, pero para salir "con fuerza" de la zona oscura este motor lleva dos pilas que lo hacen salir hacia la izquierda debido a tener el doble de velocidad debido al mayor voltaje de alimentación , al salir y encontrar zona blanca el motor se apaga regresando nuevamente a la zona oscura y "rebotando " nuevamente , como se verá el movimiento es oscilante pero se podria afinar reduciendo la velocidad de este motor . Sin embargo es un circuito bastante sencillo que nos permite entender el principio de los seguidores de luz , en este caso análogos , el prototipo original tiene más o menos esta apariencia :

Un video explicará mas o menos el comportamiento de este ultrasimple robot:

Schmitt trigger con el 555 timer

Este circuito tiene una acción de inversión , tambien se le conoce como disparador de Schmitt. El considerarlo como inversor significa que cuando Vin es BAJO, la salida es ALTA, y cuando Vin es ALTO, la salida es BAJA.
En la configuración Schmitt Trigger se estan usando los dos comparadores internos del 555 , la salida de cada uno de ellos activa la entrada S o R de un flip flop R-S.
La pata 2 es Disparo : Es en esta patilla, donde se establece el inicio del tiempo de salida "1" en la pata 3. Este proceso de disparo ocurre cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación. Este pulso debe ser de corta duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra vez.
La pata 6 es llamada Umbral : Es una entrada a uno de los comparadores interno que tiene el 555 y se utiliza para poner la salida a nivel bajo. Lo que busca el circuito es "cuadrar" perfectamente un pulso medio triangular como el que dá el cruce de luz por el foto transistor ademas de rechazar los ruidos , aparentemente en tu circuito estas detectando el cambio de nivel en el pulso de luz y eso cambia el estado y dispara el tiristor sin embargo este circuito se usa para convertir señales analogicas en digitales , es su principal uso como se indica en la imagen

Secuenciadores con el Timer 555

Es posible manejar una cadena de tiempos usando el timer 555 en su versión individual , o el 556 que trae dos 555 en una sola cápsula o tambien el 558 que trae 4 en el mismo chip , en el circuito mostrado arriba vamos a dar un delay time , es decir un circuito que active un controlador un tiempo despues de haber sido disparado por medio de la pata 2 , si bien el disparo en este esquema es manual bien puede ser hecho por una barrera de luz o algun tipo de actuador como detector de sonido o de presencia , etc .
Como vemos tenemos 2 monostables independientes , se ha considerado en cada uno , un potenciometro de 1 M para ajustar el tiempo que uno desee , el funcionamiento es sencillo , una vez disparado el primer timer (delay) pasa a ON el tiempo que se ha programado , el led en su salida respectiva indicará su funcionamiento , pero esta salida está al aire para controlar algún dispositivo , terminado este primer tiempo , al caer la salida a tierra es derivada por el circuito R-C de acople al segundo timer y este se activa recien por el tiempo que hayamos programado , la salida en la pata 3 de este segundo timer es la que usaremos para la tarea especificada.
El interruptor de reset que va a ambas patas 4 inhabilita el proceso en el momento en que nosotros deseamos.

Preamplificador para electrec usando Op amp

Podemos darle uso a algún microfono electrec descartado de una grabadora antigua o acaso comprado nuevo , para ello necesitamos un amplificador operacional , recomendable el TL 081 por su entrada de alta impedancia y bajo ruido ; pero el clásico 741 puede funcionar adecuadamente , la resistencia de 10 K en serie con el mic lo polariza y por el condensador 2.2 uF la salida audio se acopla a la etapa amplificadora del op amp , la red divisora compuesta por las dos resistencias de 10 K en la pata 3 crean una tierra virtual al sumar la mitad de la tensión de alimentación , la ganancia o volumen se maneja con el potenciometro de 1 M en el lazo de realimentación . La salida puede excitar adecuadamente cualquier amplicador con lo cual le damos la utilidad que nuestra imaginación decida.

Alarma de luz con sirena usando el 555

En el circuito mostrado tenemos una sirena con un sonido intermitente , para ello hemos usados dos timer 555 configurados como astables ; el primer astable tiene una baja frecuencia y su salida habilita o deshabilita la alimentación del segundo timer al estar conectado al terminal 1 que es la entrada de alimentación negativa o tierra , este segundo timer esta diseñado para dar un tono de audio mediante su salida a un pequeño parlante , lo que hace el primer 555 es conectar y desconectar el circuito integrado con lo que se tienen sonidos intermitentes que pueden usarse como alarma.

En este circuito tenemos una alarma por ausencia de luz mediante el transistor que conecta o desconecta el voltaje general , cuando hay luz sobre el fotoresistor su resistencia es baja y el transistor esta en corte , no hay alimentación para la sirena y esta permanece en silencio , cuando la luz que incide en esta es interrumpida la resistencia del fotoresistor es muy alta con lo cual al estar conectada entre base y tierra hará que condusca y alimente la sirena la cual empieza a sonar.

Usando el protoboard para el 555

En el siguiente post intentaremos mostrar como se deben ubicar los componentes en un protoboard para testear un circuito basado en el 555 antes de soldarlo en la placa impresa , esto nos permite hacer algunos ajustes o modificaciones , el circuito mostrado en el diagrama de arriba es un simple astable usado para flashear los dos leds coneectados al terminal de salida 3 , cuando la salida esta en alta el led de abajo se enciende , mientras que cuando esta salida se vá a baja se enciende el de arriba con lo cual conseguiremos que los dos leds flasheen intermitentemente .
Recordar que en el 555 la alimentación + vá al terminal 8 ( cable superior ) mientras que la negativa vá al terminal 1 ( cable inferior ).

Alarma de oscuridad o presencia de luz usando el 555

El siguiente circuito puede funcionar como un circuito de alarma que se active con la presencia de luz , por ejemplo cuando alguien encienda una luz en una habitación que ha permanecido a oscuras o de modo inverso cuando la luz que incide en el foto resistor se interrumpa por un obstaculo o ausencia total de luz.
Con los componente mostrados solo se debe usar un swicht de doble via para selecionar el modo de funcionamiento ,cuando el switch está en la posición D detectará oscuridad y cuando esté en la posición L detectará la presencia de luz.

Alarma de agua con el 555

Esta es una alarma activada por agua usando el IC 555 . El circuito utiliza un contador de tiempo 555 configurado como oscilador astable y accionado por la corriente del emisor del transistor BC109C. Bajo condiciones secas, el transistor no tendrá ninguna corriente por la base y está completamente apagado. Pero cuando las puntas de prueba son introducidas en agua, una pequeña corriente fluye entre la base y emisor haciendo que el transistor empieze a conducir. Una corriente más grande fluye en el circuito del colector permitiendo al oscilador 555 sonar mediante el pequeño parlante acoplado a la salida 3.. Notar que el transistor se comporta como un seguidor por emisor o como un interruptor de la fuente de alimentación.

Un interruptor on/off. se proporciona y es mejor utilizar un metal no reactivo para los contactos de la punta de prueba.

Obtener 5 voltios regulados con solo un transistor

Con dispositivos rectificadores como el rectificador de media onda y el rectificador de onda completa se logra convertir una la tensión en corriente alterna (CA) en otra de corriente continua (CC). A esta tensión se le llama tensión no regulada, pues la tensión de salida en CC no permanece constante.
La tensión de salida de una fuente de alimentación, puede variar debido a variaciones de la carga (circuito o elementos alimentados)
Para disminuir estas variaciones se conectan en serie con la fuente no regulada, un circuito regulador.
Estos circuitos reducen la tensión de rizado que dan a la salida las fuentes no reguladas y varían muy poco con la variación de la carga.
Utilizando 3 diodos led y un arreglo simple como indica el diagrama podemos obtener los 5 voltios que necesitamos para bajo consumo cuando no disponemos de un regulador integrado como el 7805 o un diodo zener.

Oscilador astable con sonido con el 555

Una alarma de "toque" para puerta con el 555

El circuito es sencillo , se trata de disparar un monostable (temporizador ) en base al Timer 555 haciendolo disparar por la pata 2 por medio de la electricidad estatica inducida en toda persona , una resistencia muy alta pone en 1 lógico la puerta de disparo del 555, al mismo tiempo de esa pata sale un cable que se conecta a un terminal metálico ,aislado de tierra , puede ser la cerradura ,en este caso de la figura una armella y un candado ,cuando alguien introduce una llave metalica induce su ruido electrico y cierra un camino de descarga que genera el "cero" necesario para el disparo , el tiempo de activación se pueden cambiar modificando R1 y C1.

Alarma laser con el 555

Este es un proyecto de alarma de barrera laser de bajo costo usando el timer 555 en su configuración de monostable el tiempo de activación de la alarma esta dado por los valores de R4 y C1 usando T = 1.1 RC en segundos ,la cuenta se inicia cuando la entrada del pin 2 que inicialmente está en alto se pone a tierra por un pulso corto de bajada , esto hace que la salida 3 se ponga alto dé un voltaje de salida aproximada al voltaje de alimentación y active al transistor Tr2 el cual cierra el relay que puede alimentar a una sirena.

El sensor se consigue mediante un sencillo fotoresistor marcado como LDR1 , como sabemos un fotoresistor tiene alta resistencia en oscuridad y muy baja cuando una luz como la del laser o un haz infrarrojo incide en él , el potenciometro R1 , la resistencia R2 y el fototransistor forman un divisor resistivo que polariza al transistor R1 en corte saturación donde R3 es la carga de colector , dispuesto como en la figura para activar la alarma antes de conectar la alimentación al circuito el haz del laser debe estar incidiendo ya sobre el fototransistor , con esto su resistencia será baja y la entrada de base cae casi a cero , el transistor estará en corte , por tanto el colector y al mismo tiempo la entrada en el pin 2 estará alta.

Cuando una persona u objeto cruza por la barrera de luz laser , por un momento se interfiere la luz que incide al fototransistor , este adquiere gran resistencia por la oscuridad y deja que la corriente de R1 y R2 se vayan a la base del transistor disparandolo , el colector se pone a cero y se dispara el 555 el tiempo programado no importando si el haz se vuelve a habilitar.

Antes de probarlo con el laser verificar el correcto funcionamiento del monostable uniendo la pata 2 (R3) con tierra mediante un cablecito ,esto dispara el monostable , en la salida se puede poner un led en serie con una resistencia de 1K el led debe encenderse y apagarse luego del tiempo programado, la pata 5 puede ir al aire , la pata 4 va a positivo , poner los condensadores de desacoplamiento entre + y - de la alimentación para evitar los disparos indeseados.El tiempo de activacion se calcula ensayando valores de R4 y C1 .Verificar todas las conexiones si no funciona , alimentarlo con pilas en las pruebas.

Lista de componentes Capacitores: C1: 100 µF. 25V C2: 220 µF. 25V. Resistores: R2: 100K R1: 2.2M (pot.) R3: 47KΩ R4: 100KΩ (Para un tiempo de monostable de 11 segundos) R5. 330 Ω Semiconductores: IC1: 555 TR1-TR2: BC548 D1: 1N4002 Otros: LDR1: Fotoresistencia FR-27 o equiv. K1: Relay de 6 ò 12V

LASER de 1.0 mW. modelo 4300097 o un puntero laser

Para evitarnos fastidios en cuanto a configurar el diodo laser que siempre necesita un lente de enfoque podemos usar un puntero de llavero de los chinos , son baratisimos y traen sus pilas y su resistencia limitadora de corriente,aqui se describe las partes de un puntero láser chino, que emite luz roja de 680 nm, ya desmontado: Puede observarse: 1. Conexión del polo negativo de las baterías 2. Pulsador de encendido 3. Resistencia limitadora de corriente de 47 Ohmios 4. Carcasa del diodo láser 5. Muelle de ajuste de la lente con tornillos 6. Lente de convergencia del haz 7. Tornillo de ajuste de la lente El diodo láser usado tiene una caída de tensión de 2,3 V, y una resistencia limitadora de 47 Ohmios. Al estar alimentado con 3 pilas de botón de 1,5 V (4,5 V en total) circula una corriente de 47 mA en continuo aumentando o disminuyendo la resistencia de 47 ohm aumenta o disminuye la intensidad de laser aumentando su alcance pero tambien disminuyendo su vida util .

El siguiente video es la implementación de esta alarma por Jamin Cifuentes Pino en Chile se usó un buzzer para simular una sirena de mayor potencia

Podemos tener una mayor potencia en la salida si usamos el relay para conectar una sirena de potencia , hay que alimentarlo con bateria o de lo contyrario con una fuente de voltaje regulada y cuya salida mçaxima sea al menos el doble de la pedida por la sirena de lo contrario al exigirse la fuente puede contraerse y apagar el circuito aqui esta el esquema de conexion: Una modificación reciente ante la consulta de uno de nuestros lectores acerca de disparar el monostable con un pulso de luz sobre el sensor se muestra en el siguiente circuito ,no es necesario el transitor ni sus asociados , el LDR se puede colocar en la pata 2 del 555 , quizas sea necesario aumentar un poco el valor de R3 para que haga mejor el divisor de tensión , si el sensor va en un tubito negro aislado de la luz ambiente tendremos mejores resultados porque asi tendra mucho mas resistencia , cuando el LDR no esté iluminado por el laser su resistencia es muy alta y la pata 2 del 555 esta en alta (cerca a +V ) y el monostable esta en posiciòn de espera , sin embargo al incidir el haz del laser sobre el LDR este toma un valor cercano a los 500 ohmios o menos y hace que la entrada del pin 2 se vaya casi a tierra obteniendo un pulso de bajada que dispara al 555 , es recomendable aislar bien al LDR de la luz ambiente para no subir mucho el valor de R3 de todas maneras esos ajustes se hacen en la practica . El detalle del relay se muestra en la figura, se descartan dos terminales probando con el multimetro el relay sin alimentación antes de conectarlo al circuito , donde se encuentre unos cientos de ohms seran los terminales de la bobina que va entre colector y fuente , quedan 3 terminales si probamos con el multimetro veremos que dos de ellas estan unidas , es decir su resistencia es cero , el pin que esta al centro del relay unido al otro pin es el llamado "comun" , veremos que el otro terminal estará al "aire" no conectado con nada , ese será el terminal de salida , se unira recien al "comun" cuando se energice el relay , alli soldaremos la entrada + del la bocina , la otra estará a tierra, los 12 voltios de la bateria o fuente se sueldan al "comun" por tanto cuando la bobina no tiene alimentacion no llega voltaje a la sirena y estara silenciada , cuando se energice el relay se unirá el comun con el pin de salida y la sirena se activará. en la figura se pueden observar estos pines

Sencilla alarma por laser

Se puede construir un sencillo sistema de alarma por laser utilizando un lapicero laser que en Perú cuesta menos de 5 soles , unos cuantos componentes adicionales como un buzzer o zumbador ( S/ 3.oo en Paruro) un transistor ,un condensador electrolitico , un potenciometro de 5K , un fotoresistor ( S/ 1.00 en Paruro )un envase descartado de transformador de voltaje de plastico.
El circuito es el siguiente:

Un video demostrativo de la construcción y armado se muestra aquí:


Elias(otaku) dijo...
COMO HAGO QUE SE ENCLAVE?? me habian dicho que se le ponia un SCR pero no se donde...
si pudiera decirme quedaria agradecido

19 de octubre de 2009 18:31
Elias(otaku) dijo...
profesor me podria decir como enclavar esa alarma con un SCR??

Bueno para que un tiristor se enclave debe recibir un pulso positivo de aproximadamente 1 voltio en su puerta o gate , por tanto cuando se esta en alerta en la entrada debe haber casi cero voltios , una subida mayor a 1 voltio dispara el tiristor y alli se queda hasta quitar la alimentacion y cortocircuitar momentaneamente anodo y catodo.Te pongo el esquema modificado:

Como veras , antes de dar alimentación al circuito la luz del laser ( puntero) debe estar incidiendo en el foto transistor por tanto este tiene baja resistencia y como está en modo divisor de tension con el potenciometro de 5 k debe dar un voltaje lo mas pequeño posible ( puede estar cerca al limite de 1 voltio ) eso se calibra durante la prueba , con esto el tiristor tiene entrada cero y se comporta como circuito abierto , el relay no esta alimentado y no alimenta a una posible sirena o luz de aviso , sin embargo al interrumpirse brevemente el haz de laser la fotoresistencia toma valor alto y por divisor de tension sube su voltaje entre sus bornes con lo que aparece el pulso positivo en el gate del SCR y este se dispara quedandose enclavado.

Acerca de la pregunta de como reconocer un tiristor una gran ayuda que casi siempre es la correcta es determinar anodo , gate y catodo en base al tipo de envase del tiristor y siguiendo el siguiente esquema , la parte inferior es válida para triacs:

Las formas de onda de un astable con el 555

Este es un gif animado que nos muestra las formas de onda de voltaje que ocurren dentro de un timer 555 , como verán , el circuito tiene dos comparadores internos para trabajar entre el rango 1/3Vcc a 2/3 Vcc ,dejando cargar y descargando el condensador que va a la pata 2 generando la onda triangular que vemos,en este caso particular el circuito activa dos leds , uno cuando la salida 3 está en "ON" y el otro cuando está en "OFF" y la pata 3 se vá a tierra.
La popularidad del 555 es su sencillez,solo se conecta a un circuito pasivo RC exterior, que proporciona por medio de la descarga de su capacitor una señal de voltaje que esta en función del tiempo, esta señal de tensión es de 1/3 de Vcc y se compara contra el voltaje aplicado externamente sobre la terminal (2) que es la entrada de un comparador como se puede apreciar en la gráfica animada.
La terminal (6) se ofrece como la entrada de otro comparador, en la cual se compara a 2/3 de la Vcc contra la amplitud de señal externa que le sirve de disparo.
La terminal (5) se dispone para producir (PAM) modulación por anchura de pulsos, la descarga del condensador exterior se hace por medio de la terminal (7), se descarga cuando el transistor (NPN) T1, se encuentra en saturación, se puede descargar prematuramente el capacitor por medio de la polarización del transistor (PNP) T2.
Se dispone de la base de T2 en la terminal (4) del circuito integrado 555, si no se desea descargar antes de que se termine el periodo, esta terminal debe conectarse directamente a Vcc, con esto se logra mantener cortado al transistor T2 de otro modo se puede poner a cero la salida involuntariamente, aun cuando no se desee.
La salida esta provista en la terminal (3) del microcircuito y es además la salida de un amplificador de corriente (buffer), este hecho le da más versatilidad al circuito de tiempo 555, ya que la corriente máxima que se puede obtener cuando la terminal (3) sea conecta directamente al nivel de tierra es de 200 mA.
La salida del comparador "A" y la salida del comparador "B" están conectadas al Reset y Set del FF tipo SR respectivamente, la salida del FF-SR actúa como señal de entrada para el amplificador de corriente (Buffer), mientras que en la terminal (6) el nivel de tensión sea más pequeño que el nivel de voltaje contra el que se compara la entrada reset del FF-SR no se activará, por otra parte mientras que el nivel de tensión presente en la terminal 2 sea más grande que el nivel de tensión contra el que se compara la entrada set del FF-SR no se activará.

Hacer click sobre la imagen para ir al gif animado

Generando 1 segundo de tiempo con el 555

Podemos generar un pulso de 1 segundos para circuitos como relojes o medición d tiempo usando el poplular NE555. La frecuencia se puede calcular aproximadamente por la fórmula siguiente.

Cuando R3=1.2k-ohm, C2=100ΜF, VR1+R4 deberia ser 6.6k-ohm en el cálculo matemático (ajustando el potenciometro),por tanto un pot lineal de 5k en serie con una resistencia de 1k pueden servir, la frecuencia se convierte en aproximadamente 1 hertzio (ieoricamente).
En la medida real por osciloscopio, la frecuencia se convirtió en aproximadamente 1 hertzio en VR1+R4 = 5.7k-ohm.
Incluso si considera el error de los componentes , es posible ajustar a la frecuencia de la oscilación de 1 hertzio con el resistor variable 5k-ohm.

Contador simple de un dígito con el TTL 7490

R1-R7 7 resistencias 470 Ohm 1/4 Watt
U1 1 74LS90 TTL BCD Counter IC 7490,74HC90
U2 1 74LS47 TTL Seven Segment Display Driver IC 7447,74HC47
DISP1 1 Display Common Anode 7 Segment LED
MISC 1 Placa de circuito impreso, Sockets para los ICs, soldadura,alambres.
Aqui un detalle para la parte de salida con el decoder 7447 , en este punto se presentan problemas siempre con el display , se debe verificar que sea de anodo comun o de catodo común antes de hacer el circuito , para usar el circuito se debe usar un display de ANODO comun , es decir los cátodos de cada barra de led unidos y el catodo de cada uno de ellos a las salidas del 7447 , no siempre estos displays tienen el mismo orden que otros , la manera practica es mediante un multimetro encontrar el anodo comun y luego ir descubriendo cada segmento a,b ,c ,etc para conectarlos al decoder en este esquema se comprueba los pines para el 7447 a display:

Aqui otro circuito con mayores detalles , observar que los terminales son los mismos , muchas fallas en la implementación vienen en las conexiones , en alimentarlo con pulsos sin nivel digital adecuado o con rebotes mecanicos y sobre todo en no verificar previamente las entradas del display:

Display numérico BCD con CMOS 4511 y 4553

El resultado de la cuenta de una serie de pulsos digitales se exhibe en tres 7 displays de segmentos LED para lo cúal utilizaremos dos C I's de alta escala de integración (LSI), el 4553B contiene tres contadores BCD con flanco de disparo negativo que, están internamente sincronizados en cascada. Sus cuatro cerrojos (latch) en la salida de cada contador permiten almacenar la cuenta de cada contador. De modo que esta información es multiplexada por un divisor de tiempo incorporado, proporcionando un único número BCD o dígito a la vez.
El dígito de salida seleccionado, proporciona el control al display. Por otra parte, mediante el condensador externo C se crea un oscilador en el mismo dispositivo proporcionando el reloj de exploración de baja frecuencia (de 400Hz), al derivador que selecciona la salida del multiplexor. Todas las salidas son compatibles TTL.
El CI 4511B, es un decodificador de BCD a siete segmentos, con alta capacidad de salida (hasta 25 mA) cuya cápsula alberga entradas invertidas para el test de segmentos (LT), inhibidor de cerrojo (LE) o estrobo y blanking (BL) para modular la intensidad de encendido o apagado del display. Se deben utilizar resistencias limitadoras, para controlar el consumo y no destruir el CI, su salida puede controlar un display de cátodo común por ej. como el LTS367P.
El control de la exhibición es hecho por la función que controla de exhibición del contador del BCD. El control de la exhibición se hace en el lado del cátodo de cada LED. Por lo tanto un display del tipo cátodo común debe ser utilizado. También, el transistor a controlar debe utilizar el tipo de PNP.
La figura por ejemplo que está exhibiendo el " 8.76". Está exhibiendo lentamente. En caso del circuito real, parece exhibirse al mismo tiempo porque se está cambiando en el período de exploración a cerca de 1100 hertzios y el ojo no percibe los cambios interpretandolo como sui estuvieran los 3 digitos encendidos.

Fuente de alimentación regulada de 9 voltios

Sabemos que para que un circuito electrónico funcione adecuadamente el voltaje de la fuente de alimentación a utilizar debe ser estable. Cuando el circuito está utilizando integrados Cmos, el voltaje de la fuente de alimentación no tiene porqué ser ls clásicos +5 V que piden los TTL. El voltaje de esta fuente de alimentación proporciona +9 V por el regulador integrado 78L09 de 3 terminales. Para hacer que el voltaje del regulador sea estable, el voltaje de entrada debe hacer cerca de 3 voltios más altos que voltaje que se espera a la salida del regulador

. El voltaje máximo del regulador es cerca de +30 V. Así pues, un rango de + 12V a +30V se suministra desde el exterior por una fuente no regulada.

Contador binario usando el 4520

Como construir un sencillo contador binario usando el 4520

El diagrama nos muestra cómo conectar los componentes para crear este circuito.

R1 - 100K Ohms
R2 - 33k Ohms
R3 - 330 Ohms
C1 - 10 uF
IC1 - 555 Timer
IC2 - 4520, Dual Binary Counter
4 LEDs
Bateria de 9 voltios o menos.

Armamos el circuito en un protoboard pero usaremos un arreglo diferente como protección colocando un resistor de 220 ohmios conectado entre terminal negativo “-” con un alambre negro desde la batería de 9 voltios y el protoboard.
Este resistor es importante porque protege el LED contra demasiada corriente.

Si el circuito no está trabajando en primer lugar se debe chequear para cerciorarse de que las piezas de metal del alambre de la batería están tocando los extremos del metal de los alambres debajo de las tachuelas que sirven como contactores.
Chequee para cerciorarse de que su batería esté conectada correctamente al “+” el alambre ( rojo) debe estar conectado con la pata “8” del 555 (el circuito integrado más pequeño) y el terminal ” - “( negro) está conectado a través del resistor con la misma fila en que están los LED .
Pruebe su batería tocando “+” alambre (del rojo) a “+” al lado del LED. Cerciorese que el ” - “ del lado del LED está conectado con el resitor con” - “ del lado de la batería. El led debe encenderse
Si el circuito todavía no está trabajando revise cuidadosamente el orden indicado en el diagrama y busque conexiones sueltas o flojas. Compruebe todas sus conexiones. ¿Está el condensador conectado de la manera correcta ? Mire la imagen de arriba y compárela al circuito que usted ha construido. Cerciórese de que las piezas sin aislar (de metal pelado) de alambres no se estén tocando. Los leds deberán estar cambiando continuamente reproduciendo un código binario desde 0000 hasta 1111 es decir sus equivalentes decimales 0 a 15.

Construyendo un "dado electrónico"

Con una modificación simple usted puede convertir este circuito en un dispositivo que funciona como dados de alta tecnología. Los dados que se lanzan para crear un número al azar,usted puede utilizar su 4520 para crear números al azar entre 0 y 15.
Primero cambie algunos componentes en su circuito para hacer la cuenta 4520 muy rápida y no sea perceptible por la vista.
Hacemos esto haciendo en el timer 555 muy rápidamente.
Realice estos cambios al circuito integrado 555:
Cambie el condensador de 10 uF a un condensador de 1 uF.
Estamos aumentando 10 veces aproximadamente la frecuencia del 555
Conecte un nuevo resistor desde la pata 7 para fijarlo con la pata 8 es decir el voltaje positivo. Cualquier resistor entre 1000 ohmios y 10000 ohmios sirve bien.
Ahora la cuenta binaria es tan rápida que los LED aparecen estar prendido constantemente.
En el contador 4520 la pata 2 está a +V y por tanto corre continuamente si este terminal se pone a tierra se congela la cuenta,desconectamos el terminal de la resistencia que sale de la pata 2 hacia el positivo de la bateria y la llevamos hacia un interruptor capaz de ponerlo a tierra . La fabricación de un interruptor simple entre el perno 2 en el circuito integrado 4520 y el lado "-" de la batería permite que usted congele la cuenta.
Este cuadro demuestra una forma para hacer el interruptor, se puede usar una tachuela y una lámina de aluminio.

Presione el interruptor y los leds mostrarán un número binario de 4 bits que exhiben un número.

Números binarios:
Abajo están los números exhibidos por su contador binario para 1 a 12.