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SABER ELECTRONICA Director Ing. Horacio D. Vallejo Producción José María Nieves (Grupo Quark SRL) Columnistas: Federico Prado Luis Horacio Rodríguez Peter Parker Juan Pablo Matute Edi­to­rial­QUarK­S.r.l. Pro­pie­ta­ria­de­los­de­re­chos en­cas­te­lla­no­de­la­pu­bli­ca­ción­men­sual­Sa­bEr­ElEc­tro­ni­ca argentina: (Grupo­Quark­SRL)­San­Ricardo­2072,­Ca­pi­tal­­­Fe­de­ral,­ Tel­(11)­4301-8804 México (SISA):­Cda.­Moctezuma­2,­Col. Sta.­Agueda,­Ecatepec­de­Morelos,­Edo. México,­Tel:­(55)­5839-5077 ARGENTINA Administración y Negocios Teresa C. Jara (Grupo Quark) Staff Liliana Teresa Vallejo, Mariela Vallejo, Diego Vallejo Sistemas: Paula Mariana Vidal Red y Computadoras: Raúl Romero Video y Animaciones: Fernando Fernández Legales: Fernando Flores Contaduría: Fernando Ducach Técnica y Desarrollo de Prototipos: Alfredo Armando Flores México Administración y Negocios Patricia Rivero Rivero, Margarita Rivero Rivero Staff Ing. Ismael Cervantes de Anda, Ing. Luis Alberto Castro Regalado, Victor Ramón Rivero Rivero, Georgina Rivero Rivero, José Luis Paredes Flores Atención al Cliente Alejandro Vallejo [email protected] Grupo Quark SRL San Ricardo 2072 - Capital Federal www.webelectronica.com.ar www.webelectronica.com.mx www.webelectronica.com.ve Grupo Quark SRL y Saber Electrónica no se responsabiliza por el contenido de las notas firmadas. Todos los productos o marcas que se mencionan son a los efectos de prestar un servicio al lector, y no entrañan responsabilidad de nuestra parte. Está prohibida la reproducción total o parcial del material contenido en esta revista, así como la industrialización y/o comercialización de los aparatos o ideas que aparecen en los mencionados textos, bajo pena de sanciones legales, salvo mediante autorización por escrito de la Editorial. Distribución en Capital: Carlos Cancellaro e Hijos SH. Gutenberg 3258 - Cap. 4301-4942 Distribución en Interior: DISA, Distribuidora Interplazas SA, Pte. Luis Sáenz Peña 1836 - Cap. 4305-0114

número­de­registro­de­Propiedad­intelectual­Vigente:­966­999

Año 28 - Nº 345

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www.webelectronica.com.ar ArtÍculo de tApA diseño y Simulación de Sistemas Microcontrolados con proteuS

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curSo de ArduINo lección 2: profundizando las Salidas digitales

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AutotroNIcA Autos eléctricos. ¿Qué Son y cómo Funcionan?

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INForMe eSpecIAl cámaras reflex. ¿cómo Funciona una cámara Slr?

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perIcIAS INForMAtIcAS periscope y YouNow: el terror de los Investigadores

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tecNIco repArAdor cómo reparar Sin documentos Ni repuestos

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MoNtAjeS detector de proximidad

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Inversor de 220V x 150W

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termómetro de precisión con escala luminosa

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controladores de Motores paso a paso

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Bobina de tesla

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¡NUEVA! ¡NUEVA! -- Edición Edición Digital Digital de de Saber Saber Electrónica Electrónica Editorial Quark SRL: San Ricardo 2072, (1273) Cdad. Autónoma de Bs. As. Director: Horacio D. Vallejo, Tel: (11) 4301-8804 Distribución en Capital: Carlos Cancellaro e Hijos SH. Gutenberg 3258 Cap. 4301-4942 Distribución en Interior: DISA, Distribuidora Interplazas SA, Pte. Luis Sáenz Peña 1836 - Cap. 4305-0114

EDITORIAL QUARK

Número de Registro de Propiedad Intelectual Vigente: 966 999

Edición digital Año 29 - Nº 345

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BiEnVEnidos a la nuEVa saBEr ElEctrónica digital Bien, amigos de saber Electrónica, nos encontramos nuevamente en las páginas de nuestra revista predilecta, para compartir las novedades del mundo de la electrónica. Nos sentimos orgullosos de estar nuevamente “en el ruedo” con una publicación multimedia que incluye en todos las ediciones un cd Multimedia y las 4 revistas que editamos mensualmente en formato digital. Acompaña a esta Edición Multimedia un ejemplar impreso de Saber Electrónica que ya ha circulado y que seguramente Ud. ya lo tiene (si es que es seguidor de nuestra querida revista). Nuestra idea es que, paulatinamente vayamos entregándole, además del disco con la Edición Multimedia, una revista impresa que comience con pocas páginas y se vayan incrementando con el transcurso de los meses. Recordamos que el sector de Distribución de revistas en América Latina ha sufrido problemas drásticos en los últimos años a tal punto que nuestros representantes dejaron de pagarnos las revistas vendidas, dejándonos un perjuicio enorme que ha causado que no podamos seguir imprimiendo las revistas. Aún así, hemos hecho malabares para que Saber Electrónica siga teniendo presencia en Argentina y México y, a próximamente en toda América Latina. En disco (CD) de este mes, además de la Edición Multimedia de Saber Electrónica con las 4 revistas, incluimos el CD Multimedia: “servicio técnico a Pcs y notebooks” (es un producto completo).

contEnido dE la Edición digital dE saBEr ElEctrónica nº 345 (dEntro dEl disco): artículo de tapa: tecnología: curso de arduino: El terror de los investigadores: informe Especial: técnico reparador: Montajes:

Diseño y Simulación de Sistemas Microcontrolados con Proteus Cómo Funcionan los Autos Eléctricos Lección 2: Salidas Digitales Periscope y YouNow Cómo Funcionan las Cámaras SLR Cómo Reparar sin Repuestos Termómetro de Precisión, Detector de Proximidad, Ahuyenta Mosquitos, Bobina de Tesla, Inversor 12V a 220V x 150W, Controlador de Motores Paso a Paso

contEnido dEl disco MultiMEdia dE Esta Edición saber Electrónica nº 345 saber Electrónica nº 300 club sE nº 125: service y Montajes nº 178

Edición Argentina Edición Internacional Curso de PLC

cd Multimedia: servicio técnico a Pcs y notebooks En este PACK MULTIMEDIA (es un Producto Completo) explicamos qué es una PC portátil, cuál es su diagrama en bloques básico, cuáles son los componentes principales de estos equipos y brindamos algunos casos puntuales de fallas y soluciones comunes en equipos comerciales. También brindamos información útil para el técnico, con cursos, videos, manuales de servicio, fallas comentadas, etc.

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A r t í c u lo

Diseño

de

t A pA

simulación De sistemas microcontrolaDo

y

Proteus

El desarrollo de la tecnología hace parte vital de la evolución y el progreso de una nación, está razón motiva la creación de documentos que formen a los desarrolladores e investigadores en las diversas áreas de la ciencia. Este artículo es parte del libro: “Diseño y Simulación de Sistemas Microcontrolado en Lenguaje C” de Juan Ricardo Clavijo Mendoza. Es un libro que busca hacer un aporte en este propósito como un curso de fácil entendimiento en el diseño de sistemas microcontrolados, para este fin este texto se enfoca en la simulación de sistemas digitales en el paquete de software PROTEUS, y la programación de microcontroladores PIC con la herramienta de programación en lenguaje C MikroC PRO, programa sobre el que hemos realizado un Curso en varias ediciones de Saber Electrónica. Este libro es ideal para estudiantes de ingeniería, tecnología, o carreras técnicas en electrónica, sistemas, mecatrónica, biomédica, y todas aquellas afines con la electrónica. De igual manera es un aporte importante al desarrollo de proyectos de investigación y tecnología. www.mikroe.com

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Curso

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ProfundizAndo LAs sALidAs digitALes En este curso, vamos a introducirnos progresivamente, paso a paso y desde el principio, en la programación de los equipos Arduino. Utilizaremos la herramienta Proteus para realizar y simular todo nuestro trabajo. En la primera lección de este curso vimos como activar una salida digital con nuestro equipo Arduino. Como es lógico, en la primera lección sacrificamos algunas cosas importantes para no confundir demasiado al lector en su primer acercamiento a la programación en Arduino. Es evidente que utilizar un microprocesador para mantener un led encendido todo el tiempo no es una acción de la que podamos sentirnos muy orgullosos. Pero Roma no se hizo en un día y aprender de forma paulatina es muy importante para no agobiarnos demasiado. www.huborarduino.com

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AutotrónicA

Autos Eléctricos Qué son y cómo FuncionAn

Hoy, ya avanzado el siglo XXI, somos testigos de poder ver una carrera de autos deportivos movidos exclusivamente por energía eléctrica y podremos seguir viendo muchos más a velocidades típicas a las que acceden los coches de algunas fórmulas menores con motores convencionales lo que demuestra un gran avance en las nuevas tecnologías, lo que permite que los coches eléctricos sean algo que aparezca en boca de todos y en las noticias pero no todo el tiempo aunque recurrentemente. Hay varias razones para el continuo interés en estos vehículos: Por empezar los coches eléctricos generan menos contaminación que los habituales derivados del petróleo como la gasolina o el gasoil por lo que son una alternativa ecológica a los vehículos con motor a explosión, especialmente en las grandes ciudades. En esta nota analizamos algunos aspectos de estos vehículos. Autor: Cristian Garbero

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Autotrónica IntroduCCIón Vamos a realizar algunos comentarios para acercaros la realidad (con lo bueno y con lo malo) de los coches eléctricos. Aunque ahora se hable mucho de ellos, son un invento muy anterior al automóvil con motor de combustión interna de Karl Benz y Nikolaus Otto. La Historia los enterró y ahora los recupera. El coche eléctrico es, a largo plazo, el futuro del automóvil. Se divide en dos tecnologías principales, los coches eléctricos de baterías (BEV) y los de pila de combustible (FCEV), figura 1. Nos vamos a referir a coches eléctricos con baterías por omisión, ya que la pila de combustible se basa en otro principio y son diferentes. También tienen mucha relación con los coches híbridos (HEV), que no son más que un coche que combina dos tipos de propulsión: térmica y eléctrica. Un coche eléctrico solo dispone de uno o más motores eléctricos, si incluye un motor térmico entonces estamos hablando de un coche híbrido.

¿Por Qué usAr ElECtrICIdAd? A nivel mecánico los coches eléctricos no pueden ser más simples. El número de piezas móviles se reduce al máximo, apenas hay piezas de desgaste y son los motores más fiables conocidos por el ser humano. Por otra parte, son lo más eficiente que hay, convierten en movimiento más del 90% de la energía que consumen. No obstante, no se aprovecha toda la energía de la baterías, y se pierde energía por el calor de las mismas, en la transformación de la electrici-

Figura 1

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Figura 2

dad, el transporte y por las propias ruedas del vehículo. Aún considerando todas las pérdidas, la eficiencia es indiscutiblemente superior a un coche convencional o híbrido. Luego está la cuestión del origen de la energía. Partiendo de la energía más contaminante, el carbón, las emisiones “del pozo a la rueda” (Well to Wheel) son menores en un coche eléctrico que el mejor de los coches convencionales, incluyendo híbridos. A igualdad de fuente de energía, como el petróleo, gastan y contaminan menos, figura 2. No producen ninguna emisión contaminante en su entorno, solo en los lugares de generación, normalmente aislados de las poblaciones y en lugares controlados, y en menor cantidad. Si el origen de la energía es renovable (solar, eólica, mareamotriz, geotérmica…) las emisiones globales son CERO. Las baterías exigen cierto impacto ambiental en su fabricación, pero al final de su vida útil pueden ser recicladas en casi el 100% de los materiales y de hecho la normativa exige que se reciclen todas y en lugares específicos. Este componente fija casi todas las limitaciones del vehículo. La energía de las baterías solo puede provenir de enchufes de la red eléctrica, figura 3. El uso de energía solar en el coche está demasiado en pañales, los coches solares son ridículamente ligeros, lentos y no pasan de ser prototipos. Para que os hagáis una idea, un coche como el Toyota Prius, con ocho horas de luz solar, no recupera energía ni para recorrer 200 metros.

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Autos Eléctricos PArtEs

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• Motor: puede tener uno o varios, dependiendo del diseño. También recupera energía (inversor) • Puerto de carga: recibe la electricidad del exterior, puede haber otra toma específica para carga rápida • Transformadores: convierten la electricidad de una toma casera o de recarga rápida en valores de tensión y amperaje válidos para el sistema de recarga. No solo rellenan las baterías, también se preocupan de la refrigeración para evitar riesgo de explosión o derrames • Baterías: el depósito de “combustible”, puede haber una batería auxiliar como la de cualquier coche convencional para sistemas de bajo consumo auxiliares • Controladores: comprueban el correcto funcionamiento por eficiencia y seguridad, regulan la energía que recibe o recarga el motor Los motores eléctricos ofrecen una curva de par planísima, con un rendimiento excelente sobre todo a bajas revoluciones. Son capaces de girar a regímenes de 20.000 o más RPM, con un ruido casi nulo y sin vibraciones de ningún tipo. Apenas tienen mantenimiento, si es que lo tienen. Las baterías determinan la potencia que puede usar el motor, la autonomía y el diseño del vehículo. Esto es así porque son grandes y pesadas, tienen poca densidad de energía por unidad de masa. Su rendimiento se ve afectado por la temperatura, empeoran especialmente con el frío. Al ser los motores totalmente progresivos, no hace falta caja de cambios, como mucho hay dos relaciones de transmisión. No necesitan Figura 3

embrague, ya que empujan desde 0 RPM sin ningún problema, algo que un motor térmico no puede hacer. Se gana peso por las baterías, pero se ahorra mucha mecánica por otro lado.

¿Cómo

sE

rECArGA un CoChE EléCtrICo?

En una palabra: enchufándolo. Es un proceso que va desde minutos (en los mejores casos) hasta horas, figura 4. La principal ventaja de los coches eléctricos es recargarlos de noche, cuando las tarifas son bajas y la demanda energética es muy baja, para aprovechar mejor la potencia instalada de un país. Durante el proceso de carga, las baterías se mantienen a una temperatura controlada mediante ventiladores. El tiempo depende del voltaje y amperaje, una toma doméstica no puede admitir recarga rápida. Cuanto más vacías están las baterías, más rápido se recargan. Cuanto más llenas, más cuesta que se llenen. Por eso, la primera mitad de carga es relativamente rápida, la otra mitad se tarda más en llenar. Si el vehículo no se usa en días, va perdiendo la carga por limitaciones electroquímicas, y si hace frío, se pierde antes. En automoción, las baterías no sufren efecto memoria, como sí pasa en pequeños aparatos electrónicos.

tIPos

dE

BAtEríAs

Dependiendo de la composición de sus electrolitos varían sus características. Se rellenan con electrones, su masa no varía de la carga total al vacío, al menos no varía en un número relevante por grande que sean las baterías. Las primeras

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Autotrónica mejor de ambos mundos, especialmente si son enchufables. A muy largo plazo, los coches eléctricos son tremendamente rentables y fiables.

Figura 5

baterías eran de plomo-ácido, luego siguieron las de níquel y en el futuro se piensa en litio, figura 5. Hay tres parámetros relevantes en una batería: potencia, capacidad y densidad de carga. Por otro lado tenemos el voltaje, precio, resistencia interna y seguridad. Fíjate en la tabla adjunta. Las que mejor balance ofrecen hoy día son las de Ni-Mh (níquel metal-hidruro) y son las que usan los coches híbridos actuales. Las baterías de plomo-ácido son muy pesadas y poco potentes en relación a su tamaño y peso. Las de litio en ese sentido son excelentes, pero carísimas. El alto precio de los coches eléctricos viene dado por las baterías, pasará un tiempo hasta que alcancen precios “populares” y sean más económicas para el que las fabrica y el que las usa.

BAlAnCE

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CoChE EléCtrICo

Sus principales ventajas son la diversidad de fuentes energéticas, sus emisiones casi nulas y su alta eficiencia. Por contra, tienen poca autonomía, poca oferta comercial, son caros (de adquirir, no de mantener) y requieren una infraestructura adecuada para permitir a sus usuarios una movilidad decente, figura 6. A corto plazo, los coches convencionales son más rentables. A medio plazo, los híbridos serán los grandes competidores porque aglutinan lo

¿Cuál es el medio de transporte motorizado más eficiente que existe? El tren, pero en automoción no podemos tender catenaria por todas partes, es una locura. Dentro de décadas podrán recuperar energía solar generada por la propia carretera a través de inducción, pero a día de hoy eso no es viable. Figura 7

Sin duda, la electricidad es el futuro, se puede sacar de cualquier lado y la naturaleza la regala todos los días. Ahora vivimos el apogeo del coche convencional y el comienzo de su declive. Mientras tanto, los coches híbridos tendrán un compromiso excelente entre las ventajas de los dos mundos y pocos inconvenientes. Pero queda mucho por hacer. Se tienen que mojar los fabricantes, las administraciones y la sociedad, figura 7. Existen movimientos incipientes que darán sus primeros frutos relevantes durante esta década y aumentarán mucho a partir de 2020, todo depende de lo bien o mal que le vaya a los consumidores de oro negro. Cuando su implantación sea masiva, se reducirá la dependencia energética del petróleo, mejorará mucho la calidad de vida en la ciudad (ruido, contaminación) y se hará un uso muy eficiente de los recursos energéticos. En su día el caballo dio paso al motor térmico, ahora el motor térmico empieza a ceder su testigo al eléctrico.

BrEvE hIstorIA Figura 6

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En el mercado automotriz y en el mundo del automovilismo deportivo hoy está poblado de coches híbridos, ¡hasta la Fórmula 1 este año

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mayoría de los casos, los coches eléctricos son creados mediante la conversión de un coche con motor de gasolina y la gran diferencia es el hecho de que es muy silencioso además de otras ventajas. Bajo el capó, hay muchas diferencias que separan a los impulsados por los combustibles provenientes de los fósiles, es decir de fuentes no renovables y que tarde o temprano desaparecerán por agotamiento de esos recursos naturales de los coches eléctricos:

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empezó a correr con motores eléctricos bastante potentes acoplados al motor "convencional"! Pero convengamos que cualquier noticia sobre los vehículos híbridos generalmente incluye a los vehículos impulsados por electricidad ya que es el complemento obligado. Pero una cosa es el motor híbrido y otra cosa es el motor eléctrico a secas. Para llegar a este estadio de la tecnología hizo falta un largo proceso de pruebas y errores, de aprendizajes y como resultado se produjeron innovaciones que aún continúan y, seguramente, continuarán hasta conseguir el fin de tantos esfuerzos: un motor poderoso, seguro y de gran rendimiento que dé lugar a una nueva concepción de autos ecológicamente irreprochables y amigos del medio ambiente pero capaces de darnos un placer en lo deportivo.

lA EvoluCIón

dE los

"EléCtrICos Puros"

Ya no es como antaño cuando la única manera de proveer electricidad al motor se hacía mediante las pesadas baterías de acumuladores de plomo-ácido sino que ahora son propulsados por pilas de combustible, generalmente de iones de litio, mucho más ligeras y menos contaminantes y reciben tanta atención en este momento en las noticias como los propios coches, figura 8. Por el contrario un coche eléctrico es un vehículo propulsado por un motor eléctrico en lugar de un motor de gasolina al que reemplaza totalmente y desde el exterior, es probable que no tenga idea de que el coche es eléctrico. En la

*El motor de gasolina es sustituido por un motor eléctrico, figura 9. *El motor eléctrico recibe su energía de un controlador. *El controlador obtiene su energía de un conjunto de baterías recargables, figura 10. *Un motor de gasolina, con sus conductos de combustible, los tubos de escape, las mangueras del líquido refrigerante y el colector de la admisión, tienden a parecerse a un proyecto de plomería, en cambio un coche eléctrico es definitivamente un proyecto basado en un más o menos complejo cableado con sus conectores. Por esas cosas de la evolución tecnológica los vehículos eléctricos se encuentran entre los primeros automóviles construidos durante los años de iniciales de la industria automotriz. Si nos abstenemos de mencionar que el primer vehículo independiente en moverse fue uno que funcionaba con electricidad se construyó en la lejana década de 1830 en Escocia cuya fuente de energía no era recargable constituyendo un problema importante de nula resolución, el primer automóvil eléctrico real apareció en 1891, salido del taller de William Morrison, de Des Moines, Iowa. Para el año 1897, funcionaba una flota de taxis eléctricos en la ciudad de Nueva York y en 1900, el 28 % de todos los automóviles de los

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Figura 10

Figura 11

iente barrera, la de los 200 km/h fue un vehículo movido a vapor controlado por Fred Marriot, en 1906, con un Stanley Steamer. No obstante el mundo del Automovilismo será dominado desde entonces por el otro tipo de motor: el de combustión interna alimentado por un líquido volátil llamado gasolina. Así fue, poco después de ese auge de popularidad, el automóvil eléctrico entró en decadencia debido a que Henry Ford introdujo el Modelo T con motor a combustión fabricado en serie, lo que hizo que los automóviles comenzaran a ser más accesibles para las masas. Para el año 1920, el automóvil eléctrico casi había desaparecido y había sido reemplazado por automóviles que podían recorrer mayores distancias y más rápidamente con más energía. La rápida disponibilidad de la gasolina contribuyó a la transición al motor de combustión interna. La idea de un automóvil eléctrico para el ciudadano común resurgió en los sesenta pero no se puso de moda hasta entrada la década de los setenta cuando se comenzó a tomar conciencia ecológica acerca de la contaminación y tras la enorme crisis del petróleo de 1973. El primer vehículo eléctrico producido en serie fue el CitiCar de la Vanguard-Sebring, que salió en 1974, figura 13. Este pequeño vehículo podía ir a más de 48 km/h y recorrer aproximadamente 64 km con la carga completa de sus baterías. Se fabricaron alrededor de 2.000. El CitiCar no era muy seguro, y en el año 1976 el fabricante dejó de construirlos. Los vehículos eléctricos fueron probados para otros usos. El Servicio Postal de los Estados Unidos compró alrededor de 350 Jeeps eléctricos para repartir el correo en 1975. Estos vehículos podían recorrer hasta 64 km y tenían una veloci-

Figura 12

Estados Unidos funcionaban con electricidad. Por paradoja del destino, el primer vehículo que superó los 100 km/h fue un coche eléctrico conducido por el piloto belga Camille Jenatzy a la "tremenda" velocidad promedio de 105,876 km/h, ¿la fecha? ¡1 de mayo de 1899! aunque algunas fuentes lo fijan el 29 de abril, lo cierto es que a un auto movido a baterías fue el que logró el mérito de superar esa "barrera" y en una fecha tan lejana, figuras 11 y 12. Como otra anécdota y por otra paradoja el primer coche en superar la sigu-

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Figura 13

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Figura 14

dad máxima de 80 km/h. Cada vehículo requería 10 horas de tiempo de recarga. Éste parecía ser un buen uso para un vehículo eléctrico: distancias cortas para recorrer en un período limitado de tiempo. Sin embargo, el programa fue discontinuado. En 1976, el Congreso de los Estados Unidos aprobó una ley para incentivar el desarrollo de vehículos eléctricos e híbridos. El objetivo de la ley era, en parte, mejorar la tecnología de baterías. Sin embargo, los grandes fabricantes no mostraron interés hasta 1988. Ese año, General Motors (GM) comenzó a aportar dinero para la investigación con vistas a la construcción de un automóvil eléctrico para un nuevo mercado de consumidores, figura 14. Ese automóvil, denominado el EV1, se fabricó desde 1996 hasta 1999. El EV1 estuvo disponible para los consumidores de California para alquiler únicamente. Inicialmente, fue fabricado con una batería de ácido-plomo. En 1999, GM cambió a la batería de níquel metal hidruro (NiMH), que se recargaba

mejor. Pronto se sumaron otros vehículos eléctricos al EV1. El Toyota RAV4 EV, una versión enchufable del popular vehículo deportivo utilitario pequeño, fue probado en Japón a mediados de la década de 1990 y comercializado en California, figura 15. Las empresas pudieron alquilar el RAV4 EV entre los años 1997 y 2000. De 2001 a 2003, Toyota dispuso el automóvil para alquileres personales en los Estados Unidos, con la concreción de algunas ventas en 2002. No obstante, para el año 2003, el RAV4 EV fue discontinuado. El RAV4 EV alcanzaba velocidades de hasta 130 km/h y tenía un alcance de 130 a 190 km. Utilizaba baterías de NiMH. Muy pocos de estos modernos vehículos eléctricos de primera generación todavía existen; la mayoría de los EV1 fueron recobrados por GM y destruidos. Sin embargo, algunos de los RAV4 EV permanecen en funcionamiento y en circulación. No existen vehículos eléctricos nuevos en el mercado automovilístico mundial en este momento. No obstante, la mayoría de las automotrices

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planean ofrecer vehículos eléctricos en el futuro cercano.

PEro...(sIEmPrE hAy un PEro...) Las baterías siguen siendo un gran problema para los vehículos eléctricos. Desarrollar esta tecnología para que funcione a un nivel que complazca a los consumidores es un tremendo obstáculo. Las baterías deben tener la capacidad de hacer ciertas cosas de manera adecuada. Deben conservar la carga suficiente para permitir que el vehículo recorra una distancia útil. Deben tener la capacidad de generar suficientes caballos de fuerza para que el motor pueda ser utilizado en el mundo real. Deben recargarse de manera relativamente rápida. Y el costo de reemplazo de baterías debe ser razonable. Todo sin mencionar que deben ser lo más livianas posibles. Los primeros vehículos eléctricos modernos utilizaban baterías de plomo-ácido de 12 voltios, que es el tipo de acumulador utilizado actualmente por la mayoría de los automóviles. Esto presentaba problemas importantes. Generar la energía suficiente para un vehículo requería grupos de baterías. Por ejemplo, el EV1 utilizaba 26 baterías, agrupadas en forma de una T bastante grande debajo de la carrocería y de la parte trasera del automóvil. Un sola batería de acumuladores con placas de plomo para un arrancar un automóvil de de 55 A de capacidad pesa aproximadamente unos 21/23 kg; en consecuencia un

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grupo de 26 de estas baterías pesa casi 600 kg o más, figura 16. Otra baza es que la capacidad de reserva en las baterías plomo-ácido es limitada, por lo tanto los primeros vehículos eléctricos tenían un alcance de sólo 80 km antes de necesitar una recarga pero eso no es todo: las baterías tardan de cuatro a diez horas para cargarse completamente y esto significa dejar al automóvil fuera de servicio por largos períoFigura 15 dos. Este tipo de baterías necesitan ser reemplazadas cada tres o cuatro años, por un costo de aproximadamente u$s 2.000 en 2007. Al igual que otros tipos de baterías, el clima frío disminuye la energía de las baterías de plomoácido por lo que los vehículos eléctricos tienden a ser menos efectivos en lugares con inviernos muy fríos. Una mejora fue el cambio a baterías de níquel metal hidruro (NiMH) a fines de la década de 1990. Estas baterías conservan mucha más energía que las baterías de ácido-plomo y proporcionan al automóvil mayor alcance y potencia. Sin embargo, igualmente son necesarios los grupos de baterías, las baterías NiMH son igual de pesadas que las baterías habituales y su tiempo de recarga es equiparable con el de las baterías

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Figura 17

de plomo-ácido. Además, las baterías NiMH tienen una gran desventaja: son mucho más caras de reemplazar (su costo es de u$s 12.000 a u$s16.000 en 2007). Esto se debe a la cantidad de baterías necesarias para generar la energía suficiente para que el vehículo funcione, figura 17. La siguiente generación de baterías fue la batería de ion de litio (Li-ion). Estas baterías son muy densas energéticamente, lo que significa que con un peso bastante más liviano pueden conservar la misma energía que conservan las NiMH. Las baterías Li-ion pueden recorrer distancias mayores con la misma carga y, otra ventaja fundamental, se recargan más rápidamente. Todos los nuevos vehículos eléctricos en desarrollo desde entonces utilizaron baterías Li-ion, figura 18.

EstAdo ACtuAl dE

los

vEhíCulos EléCtrICos

A fines de la década de los '90 y a principios de

2000, parecía que el automóvil eléctrico se convertiría en una realidad pero las limitaciones de la tecnología de las baterías eran excesivas. Los híbridos se volvieron una alternativa muy popular, por lo menos como recursos provisorio. La industria automotriz mantiene su compromiso con los vehículos eléctricos. Los expertos creen que los avances en las baterías Li-ion resolverán muchos de estos problemas y que los consumidores tendrán una idea diferente de los vehículos eléctricos. Existen muchos vehículos eléctricos en desarrollo en todo el mundo. Las principales automotrices japonesas han anunciado que tendrán líneas de automóviles eléctricos en el mercado en el futuro cercano. Mitsubihi ha diseñado y producido el MiEV Evolution También BYD, fabricante chino de baterías y de coches híbridos, está trabajando en un vehículo eléctrico denominado F3-e. Algunos de los vehículos eléctricos nuevos serán más grandes, para adaptarse a los consumidores en los Estados Unidos.

los otros ContEndIEntEs EléCtrICos En el plano deportivo los japoneses de esta gran terminal han contribuido con el Mitsubishi MiEV Evolution que es un poderoso prototipo preparado para correr en el reto del Pikes Peak International Hill Climb, la carrera de trepada más famosa del mundo que se corre anualmente en las desafiantes alturas de la montaña de Colorado. Hasta el momento ha habido tres evoluciones de este deportivo de pura raza...eléctrica, cada año con más potentes motores pasando de los 322 CV iniciales a los 536 CV de los dos últimos prototipos conseguidos con tres motores acoplados.

vEntAjAs

Figura 18

dE un

Auto híBrIdo

Una de las grandes ventajas de los híbridos es que permiten aprovechar un 40% de la energía que generan, mientras que un vehículo normal de gasolina tan sólo utiliza un 10%. Esta mejora de la eficiencia se con-

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sigue mediante las baterías, que almacenan energía que en los sistemas convencionales de propulsión se pierde, como la energía cinética, que se escapa en forma de calor al frenar. Muchos sistemas híbridos permiten recoger y reutilizar esta energía convirtiéndola en energía eléctrica gracias a los llamados frenos regenerativos. El motor híbrido junto con el diésel o gasolina

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son una importante opción a tener en cuenta a la hora de comprar un coche. Duran más, contaminan menos y consumen menos. Lo bueno que tiene la combinación de un motor de gasolina y eléctrico a diferencia de los Figura 19 vehículos convencionales es que el coche mantiene la misma potencia pero tiene mejor eficiencia que los demás ya que utiliza el motor eléctrico en trayectos de baja velocidad (consumo cero y ninguna emisión) y en los trayectos rápidos se pone en marcha el motor de gasolina y no pierde potencia, lo que permite mantener una velocidad normal en las carreteras. También tiene ventajas ante los vehículos eléctricos porque estos usan baterías cargadas por una fuente externa que ocasiona problema a la hora de cargarlas debido a que escasean los centros de recarga mientras que los híbridos cargan su motor con los frenos regenerativos. J BIBlIoGrAFíA http://www.motorpasion.com/coches-hibridos-alternativos/ http://www.taringa.net/comunidades/formula-e https://cocheshibridostecno.wordpress.com https://es.wikipedia.org

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Informe especIal

Cámaras reflex Cómo funCiona una Cámara slr

Las cámaras réflex digitales, también llamadas DSLR (Digital-SLR, con SLR del inglés Single lens reflex), son un tipo de cámara fotográfica del tipo réflex de único objetivo (SLR), cuyo soporte de almacenamiento de la imagen capturada es un sensor electrónico, en lugar de la película de 35 mm empleada en la fotografía química. Entre sus características más importantes está el empleo de sistemas de control para la automatización de la mayoría de los mecanismos, tanto de dispositivos de obturación, sincronización con flashes (tanto internos como externos), y en general la mayoría de funciones de la cámara, aunque se siguen comportando en la mayoría de aspectos (enfoque, disparo, estabilización) como dispositivos electromecánicos al igual que sus predecesoras. En la mayoría de los casos mantienen las mismas características (y compatibilidad, dependiendo del fabricante) en cuanto al sistema réflex tradicional, popularizado mundialmente desde la Nikon F de 1959. https://luipermom.wordpress.com

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Informe especial IntroduccIón Es cierto que los conceptos universales de la fotografía como la profundidad de campo o la apertura son aplicables a cualquier tipo de cámara, pero en cualquier caso creo que el mejor modo de aprender a fotografiar lo que nos rodea es empleando una réflex porque nos va a permitir controlar absolutamente todos los parámetros que dan lugar a la imagen final. Tal vez alguien se puede estar preguntando a estas alturas qué es una cámara réflex, ya que es un término que he escrito decenas de veces hasta ahora pero que nunca me he encargado de definir. Pues bien, para poneros un poco en antecedentes, os comentaré que a las cámaras réflex también se les denomina con las siglas SLR de “Single Lens Reflex”, que significa cámara réflex de un sólo objetivo. Esto las distingue de las cámaras de la primera mitad del siglo XX que contaban con dos objetivos idénticos (uno para componer la imagen y otro para realizar la fotografía como tal) denominadas “Twin Lens Reflex” o sencillamente TLR. Un ejemplo mítico de estas cámaras de dos objetivos son las Rolleiflex, que hoy en día son auténticas piezas de coleccionismo, figura 1. Pero centrándonos en lo que nos interesa, que son las cámaras réflex tal y como las conocemos

hoy en día, esta denominación proviene de que este tipo de cámaras poseen un espejo móvil interno que refleja la luz que entra por el objetivo llevándola al visor o al sensor según si estamos componiendo la imagen o disparando la fotografía propiamente dicha. Y poco importa la marca de la cámara, pues este principio de funcionamiento es prácticamente igual para todas las que hay disponibles en el mercado desde que en el año 1959 Nikon sacó su modelo F al tiempo que Canon hacía lo propio con la Canonflex; señal de que es un método fiable y bastante optimizado (si los ingenieros no lo mejoran es porque sencillamente no se puede hacer a un coste razonable). Como podéis ver, el concepto réflex no nace con las cámaras digitales, sino que proviene de la época del carrete. En las réflex digitales lo único que se ha hecho es sustituir el negativo sobre el que se impresionaba la imagen por un sensor capaz de captar la luz que llega hasta su superficie; pero la estructura y funcionamiento de las cámaras sigue siendo tan similar que, por lo general, podemos seguir empleando los objetivos que teníamos de nuestras antiguas réflex analógicas (siempre que sea entre componentes de la misma marca, claro).

dIagrama de FuncIonamIento En a figura 2 se puede ver un esquema que nos ayudará a entender el funcionamiento de las cámaras réflex: 1. Conjunto de lentes del objetivo 2. Espejo abatible colocado a 45º si estamos componiendo la imagen y que sube a la hora de disparar 3. Obturador que se abre durante el tiempo de exposición de la fotografía 4. Sensor (o película en caso de cámaras analógicas) 5. Pantalla de enfoque en la que aparecen los diversos indicadores que vemos en el visor 6. Lente encargada de disminuir el tamaño de la imagen para adaptarla al visor 7. Pentaprisma (o pentaespejo) que refleja en sus caras la imagen que viene del espejo para llevarla al visor 8. Visor por el que miramos para componer la fotografía

Figura 1

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las cámaras reflex Como comentaba, el pilar Figura 2 básico de una cámara réflex es el espejo que bascula a la hora de disparar la fotografía y que será el encargado de “marcar” uno de los dos caminos que puede seguir la luz en el interior de la cámara. La luz entra en todo momento por el objetivo de la cámara, pero mientras no estemos tomando la imagen, el espejo que está delante del obturador tendrá una inclinación de 45º que desviará la imagen al pentaprisma y posteriormente al visor donde ponemos el ojo para componer la imagen (es el camino de color amarillo mostrado en el diagrama). En dicho visor también tendremos una serie de indicadores visuales que nos darán la velocidad de exposición, el punto de enfoque, la apertura… Figura 3

Figura 4

A la hora de tomar la fotografía, el espejo se levanta (por lo tanto dejará de haber imagen en el visor) y deja pasar la luz hasta el sensor de la cámara. En todo caso, la luz tomará uno de estos dos caminos, pero nunca los dos al mismo tiempo. Eso sí, me gustaría dejar claro que todo esto que os comento está pensado para las réflex “clásicas”, pues hoy en día los modelos que están apareciendo en el mercado incorporan la función live view, que consiste en que podemos emplear la pantalla de la cámara para componer la fotografía como si de una compacta se tratara. De ese tema hablaremos otro día, ¿OK? ;-) Las figuras 3 y 4 (extraídas de www.dpreview.com) ilustran la montura de una Nikon D700 sin ningún objetivo. En el primer caso se puede ver el espejo de la cámara y en el segundo el sensor mientras se está tomando la fotografía (el espejo está levantado y lo que entra por el objetivo se proyectaría sobre el sensor como os mostré en una entrada reciente). Por lo tanto, la primera imagen corresponde a la composición de la fotografía porque estaremos viendo a través del objetivo mediante el visor gracias a que el espejo “manda hacia arriba” la imagen y la segunda corresponde a la captura de la fotografía propiamente dicha, pues el espejo está levantado y la luz llega directamente hasta el sensor. Durante el preciso instante en el que realizamos la fotografía, en apenas unas milésimas

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Informe especial Figura 5

de segundo ocurre un “baile” en el interior de la cámara consistente en que el espejo sube hasta ponerse horizontal, el diafragma del objetivo se cierra a la apertura seleccionada, el obturador se abre exponiendo el sensor a la luz, se vuelve a cerrar una vez transcurrido el tiempo de exposición, se abre de nuevo a tope el diafragma y finalmente el espejo vuelve a su posición inicial. Como se puede apreciar, son un montón de movimientos que se realizan en apenas una fracción de segundo (el vídeo de ejemplo está ralentizado más de cien Figura 6 veces con respecto a la velocidad real) y que dan una idea de la complejidad de diseño de una cámara de este tipo; especialmente cuando se trata de modelos de alta gama en las que podemos disparar en ráfaga a una velocidad de 11 imágenes por segundo (en el siguiente vídeo tenéis una Nikon D3 disparando a dicha velocidad con un sonido que se asemeja al de una ametralladora). Y ya está; el principio básico de funcionamiento de las cámaras réflex no es más que lo que os he explicado en estos párrafos. Obviamente hay muchos más fac-

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tores que los ingenieros han de diseñar como el sistema de enfoque, el mecanismo del obturador, la medición de la luz… Una serie de temas sobre los que iremos hablando a lo largo del tiempo. En todo caso, si he sabido explicarme de tal modo que os haya quedado claro cuál es el principio de funcionamiento de una cámara réflex (que a su vez es la principal diferencia con respecto a otros tipos de cámaras) habré logrado lo que me había propuesto en esta nota. J

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P e r i c i a s i n f o r m át i c a s

PeriscoPe y youNow el Terror de los iNvesTigadores

Periscope, Meerkat, Ustream y la lista podría volverse eterna. Transmitir en vivo un video no es nuevo dentro de la industria tecnológica. Sin embargo, los dispositivos móviles reactivaron la industria. De hecho, el segmento adolescente tiene en YouNow, su servicio de streaming por excelencia. Ahora bien, para los peritos informáticos, encontrar la IP de origen de una determinada transmisión puede volverse un tema muy difícil debido a la estructura de estas apps. En este informe explicamos qué son Periscope y YouNow para que en una próxima nota podamos indicar cómo se encamina una comunicación desde el origen hasta el móvil de destino. Por Ing. Horacio D. Vallejo

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Pericias informáticas PerIscoPe La app Periscope es el centro de atención estos días en Internet, sobre todo en Twitter. De hecho, Periscope es una creación de los mismos desarrolladores de Twitter, pero enfocada a video, figura 1.

Figura 1

¿Y qué es Periscope? Muy sencillo: una aplicación que permite retransmitir en vídeo, en directo, aquello que estés viendo en ese momento. No es lo mismo que YouTube, donde subesvídeos después de grabarlos, y quedan ahí para siempre (o al menos hasta que los borres). En Periscope los vídeos son en tiempo real, en el momento en que algo está ocurriendo. Lo único que puedes hacer es guardar la retransmisión durante las siguFigura 2 ientes 24 horas si quieres, para que tus followers puedan reproducirla. Y también guardarla en tu móvil, figura 2.

¿Qué puede encontrar en Periscope? Pues un poco de todo. Desde una familia preparando la comida hasta un chico haciendo la compra en el supermercado, pasando por gente conduciendo, paseando al perro, o simplemente descansando en el sofá de casa. La calidad del

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Younow y Periscope vídeo es bastante baja, a fin de poder asegurar una transmisión relativamente suave y sin saltos. Puede interactuar con el creador de la retrasmisión tocando la pantalla para enviarle corazones (algo así como los likes de Facebook o de Instagram), o también mandarle un mensaje, que muchos contestan en el propio vídeo. Por supuesto, Ud. también puede hacer sus propias retransmisiones. Sólo tiene que ponerle un título y configurar algunos detalles: “compartir o no la ubicación”, anunciarlo o no en Twitter, y hacer que su vídeo sea público o sólo para cier-

Figura 3

tas personas, figura 3. Apenas unas semanas después de su lanzamiento, Periscope ha llamado mucho la atención, aunque todavía está por ver si superará el efecto "novedad". Personalmente, me parece un experimento divertido, y con un poco de suerte, puede ver vídeos bastante curiosos donde es posible conocer otras ciudades, otras personas, otras formas de ver la vida… Aunque siempre encontrará el típico troll que le fastidia la experiencia. Periscope es gratis y está disponible para iPhone y para Android.

youNow Se trata de una app para iOS y Android, que cuenta con su versión online, y tiene más de 4 millones de usuarios por mes que crean cerca de 100 millones de transmisiones. Cada video cuenta con su propio chat, de forma similar a Ustream o Twitcam, figura 4.

Figura 4

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Pericias informáticas Según señala Yahoo!, más de un tercio de los usuarios tienen entre 13 y 18 años, quienes suelen utilizar el servicio a la noche a través de sus dispositivos móviles. Los jóvenes suelen filmarse en situaciones cotidianas: fumando un cigarrillo en la ventana, durmiendo, cantando, entre otras acciones. Allí, los adolescentes se vuelven potenciales estrellas. Un usuario de 16 años, Flippinginja, quién se destaca por hacer acrobacias cuenta con 150.000 fans. Varios padres seguramente encendieron la alerta. Sin embargo, desde el sitio cuentan con un reglamento estricto. Los menores de 13 años tienen prohibido el uso del sitio, no se puede mostrar desnudez ni escenas de sexo y no se permite compartir información personal. Para eso cuenta con algoritmos que ven potenciales abusos y los pasan a un equipo de moderadores Figura 5

Es una App donde puede hacer vídeo streaming y chat al mismo tiempo La mejor manera de conseguir una sensación de lo que es YouNow es descargar la aplicación hoy mismo. En un momento en que los medios de comunicación social y de televisión están convergiendo, se ofrece un producto que fusiona los campos de experiencia de la radiodifusión, los juegos, la realización y las redes sociales, lo que les permite descubrir y crear nuevos tipos de contenido interactivo en tiempo real. Encontrará una tremenda y variada mezcla de actores aficionados, la mayoría de los cuales emiten en directo a una audiencia muy pequeña y muchas veces a menos de una docena de personas a la vez. “Intérpretes” es también una definición floja para muchos usuarios de YouNow. Algunos de ellos apunte la cámara hacia sí mismos mientras escuchan a sus compañeros usuarios hablan de ellos. Esto es lo que piensa el equipo de YouNow: “Creemos en el potencial ilimitado de la creatividad humana. De hecho, es por eso que venimos a trabajar todos los días – para crear una potente plataforma donde cualquier persona puede difundir y expresarse delante de una gran audiencia en vivo”.

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T é c n i c o R e pa R a d o R Siempre pensé que no hay mejor modo de enseñar que con ejemplos. Y el tema de la reparación de LCD y Plasmas es un verdadero desierto editorial. Nadie escribe más que alguna pobre descripción de alguna reparación de fuente o de inverter; pero nadie encara el verdadero drama del reparador: Tengo un equipo que no tiene imagen, ya le saqué la tapa, ¿y ahora qué le reviso? Este artículo es parte del e-book “Reparando Cómo Picerno, Tomo 2” y puede descargarlo de: www.clubdelservice.com/productos/show/p/136 Ing. Alberto H. Picerno

Cómo RepaRaR Sin DoCumentaCión ni RepueStoS

tV HiteCH LCD227 Nosotros, simples reparadores, no podemos cambiar este mundo pero tenemos la obligación de “cuidar nuestro jardincito” de modo que esté preparado para cualquier eventualidad. Esto significa estudiar y armar los dispositivos que nos permitirán realizar acertados diagnósticos.

IntroduccIón Recibimos para reparar un TV LCD de 32” marca HITECH modelo LCD2227 que simplemente no daba muestra alguna de vida. Tenía la pantalla oscura, el piloto apagado y no tenía sonido. De inmediato llegamos a la conclusión de que tenía una falla de fuente debido a que el piloto apagado así lo indica. Un piloto puede estar totalmente apagado, titilando regularmente (indica que el TV entro en protección) o marcando un código de falla que puede leerse del manual de servicio si lo tuviera.

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Técnico Reparador Algo que nos llamó la atención era el peso del TV, mucho mayor que cualquier otro que nos tocara reparar.

En nuestro taller todos están entrenados para comenzar el trabajo reuniendo toda la información posible sobre el TV antes de sacarles la tapa. Si no conseguimos información llamamos al cliente y le explicamos que deberemos trabajar corriendo un riesgo mayor al normal. En casos como este en donde el TV no da muestras de vida, se puede evitar la llamada que puede asustar a algunos clientes; pero si el TV funciona con algún detalle (por ejemplo una barra negra vertical) es imprescindible deslindar responsabilidades, porque seguramente si el TV deja de funcionar el cliente va esgrimir el viejo latiguillo “cuando yo lo dejé funcionaba y lo quiero en las mismas condiciones” y tiene razón cuando la reparación es posible; pero si no hay repuestos, información, servicio técnico autorizado y además el TV fue toqueteado por varios reparadores inescrupulosos no hay garantía posible ni derecho a protestar.

Esta forma de operar lo va a salvar de la posibilidad de juicios y otros problemas y es una forma adoptada hasta por otros profesionales que suelen tener toda la información requerida para realizar su trabajo pero igual se protegen.

Por supuesto, no pudimos conseguir ninguna información por lo que consideramos al TV como un genérico Asiático. Antes de sacarle la tapa controlamos los tornillos para comprobar si ya había sido abierto y encontramos que los tornillos estaban gastados. No podía ser de otra forma pensamos, nunca nos va a tocar un aparato virgen. Ahora si llamamos al cliente porque según el no había sido tocado; nos dijo que en realidad un amigo que era reparador había tenido la buena intención de repararlo y fue el que le indicó que viniera con nosotros al no tener éxito.

Sacando la tapa encontramos la razón del peso extra. Todas las plaquetas estaban dentro de una caja cerrada de hierro que hacían de blindaje. Le sacamos las tapas de blindaje y aparecieron las plaquetas que inmediatamente ubicamos por ser comunes a muchos TVs de supermercado.

La fuente era igual a la que describimos en esta misma serie como fuente genérica China, y este artículo va a servir como conclusión del capítulo anterior dando un método de service general.

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M o n ta j e Presentamos dos circuitos que pueden ser empleados en gran cantidad de aplicaciones, desde robótica hasta sistemas de control industriales. Se trata de equipos que detectan la proximidad de un objeto y actúan en consecuencia. El primer circuito es una modificación del clásico detector por ultrasonidos sugerido por varias empresas y ampliamente difundido mientras que el segundo hace uso de fotorresistencias para conseguir el efecto deseado. Aclaramos que si bien ya publicamos estos circuitos en Saber Electrónica, realizamos variantes para aumentar el potencial de uso.. Por Ing. Horacio Daniel Vallejo [email protected]

Detectores De ProximiDaD

E

l primer circuito que presentamos se muestra en la figura 1 y sirve para estudiar el comportamiento de los ultrasonidos, para saber como funcionan los sensores y para incentivar la inteligencia en aplicaciones de robótica. Se trata de una modificación del circuito publicado en el tomo Nº3 del Club Saber Electrónica y también presentado en “electgpl.blogspot.com”. La primera etapa consta de un receptor de ultrasonidos conectado amplificador Q1 cuya salida se aplica a una segunda etapa de amplificación (Q2) que cumple dos funciones, por un lado sirve para alimentar al transmisor de ultrasonidos y por el otro alimenta a la etapa actuadora. Esta segunda etapa tiene al transmisor como un sistema de “realimentación” de ultrasoni-

dos lo que permite descartar el uso de osciladores y demás circuitos. De esta manera, si se colocan tanto Tx como Rx apareados y apuntando a la misma dirección, la realimentación sólo se producirá cuando los transductores estén cerca de algún objeto de manera que la señal emitida por el Tx es captada por el Rx, produciéndose una señal que se aplica a un detector de AM formado por D2 y C2 que hace cambiar de estado al transistor Q3, activando así al relé. Los contactos del relé serán conectados al circuito que queramos controlar. Cuando se alejan los transductores del objeto, la realimentación de ultrasonidos desaparece, la señal de salida de Q2 cae a un mínimo y el relé vuelve a su estado de reposo. Saber Electrónica

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Montaje

Figura 1 - Circuito detector de proximidad por ultrasonidos.

En la figura 2 se tiene la placa de circuito impreso sugerida para este montaje y en la figura 3 una imagen de un prototipo sugerido en www.electgpl.blogspot.com. Si no consigue transductores de ultrasonido (comunes, de pequeña potencia), puede emplear un micrófono de electret (Tx) y un

buzzer pequeño (Rx) con lo cual se pueden detectar objetos con distancias desde 2mm hasta un par de centímetros, dependiendo de los componentes empleados. El segundo circuito además de detectar la proximidad de un objeto puede ser usado como detector de movimiento que puede

Figura 2 - Circuito impreso detector de proximidad por ultrasonidos.

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Detectores de Proximidad Lista de materiales del circuito de la figura 1 Q1, Q2, Q3 - 2N3904 - transistores NPN de uso general. Pueden ser reemplazados por BC548B. D1, D2, D5 - 1N4148 - Diodos de uso general D3 - Diodo Led de 5mm color verde D4 - Diodo Led de 5mm color rojo R1 - 470kΩ R2 - 4,7kΩ R3 - 220Ω R4 - 470kΩ R5 - 2,2kΩ R6 - 150kΩ

Figura 3 - Detalle de una placa armada del detector de proximidad con transductores de ultrasonido

ser empleado tanto en sistemas de alarma como en aplicaciones de robótica por ser muy económico y fácil de adaptar. Tenga en

R7 - 470Ω R8 - 1kΩ C1 - 330pF - Cerámico C2, C3 - 100nF - Cerámico C4 - 10nF - Cerámico Tx - Transductor de ultrasonido o buzzer Piezoeléctrico Rx - Transductor de ultrasonido o micrófono de electret SW1 - Interruptor simple Varios Placa de circuito impreso, batería de 9V, conector para batería, cables, estaño, etc.

cuenta que la mayoría de los circuitos que detectan el paso de una persona emplean sensores piezoeléctricos, pirométricos, Leds, etc. y todos ellos suelen poseer un ajuste complicado cuando forman parte de un sistema de alarma. Basándonos en un proyecto anterior, adaptamos el circuito para un mejor desempeño que produce la conmutación de un relé y da un aviso sonoro cuando se detecta un desequilibrio de luz. No se confunda… ¡no es un simple detector de cambio de intensidad lumínica! Si el espacio que se está monitoreando para establecer el pasaje de una persona es interrumpido, aunque sea por un escaso

Figura 4 - Detector de proximidad o de presencia con LDR.

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Montaje tiempo, el circuito de detección lo percibe y la alarma se acciona. En ocasiones la instalación y calibración de los dispositivos se tornan un tanto complicadas, ya que se necesita un perfecto ajuste óptico entre el emisor y el receptor. También habrá que tomar en cuenta la cantidad de luz que el ambiente tiene, para realizar la calibración conforme con el nivel de luz que haya en el lugar. Un tercer problema radica en que el circuito suele ser caro y hasta complicado de armar. El circuito que proponemos puede ser usado en ambientes cerrados o al aire libre, sin necesidad de tener que calibrar un transmisor, funciona con cualquier nivel de luminosidad, y dispara un sistema sonoro cuando se detecta el pasaje de un objeto. Además el circuito es fácil de armar y posee un consumo muy bajo. El principio de funcionamiento es sencillo, dado que detecta cambios en la iluminación del ambiente. Utiliza dos sensores ópticos que detectan el “contraste” de los niveles luminosos vistos por esos dos ojos, lo que le brinda una sensibilidad bastante alta. Una ventaja del equipo consiste en que se requieren solamente dos ajustes, luego de los cuales puede funcionar en cualquier ambiente. En la figura 4 vemos el esquema de nuestro detector, que emplea dos circuitos integrados: un operacional 741 y un temporizador 555. El operacional funciona como comparador, recibe las dos entradas y las señales procedentes de los sensores ópticos. La calibración del sistema de detección se realiza por la regulación de una red simple de resistencias. Si se detectara alguna modificación, aparece un pulso en la salida del operacional (pata 6), el que se envía a un oscilador monoestable formado por el clásico 555, cuya salida se aplica a un buzzer piezo-eléctrico de alta eficacia sonora durante el período de temporización (10 segundos aproximada-

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Figura 5 - Circuito impreso del detector de proximidad (presencia) con LDR.

mente, de acuerdo con los valores dados en el circuito). Al mismo tiempo, el transistor Q1 se satura y produce el cambio de estado de un relé que podría activar el cierre de una puerta, el movimiento de un micromotor, etc.

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Detectores de Proximidad Lista de materiales del circuito de la figura 4 CI1 - Circuito Integrado TL071, o cualquier operacional con entrada Fet. CI2 - Circuito Integrado temporizador 555 R1, R2 - LDRs de cualquier tipo. R3, R4 - 10kΩ R5 - 470kΩ R6 - 1kΩ VR1 - Trimpot de 25kΩ

El buzzer es un resonador de estado sólido con terminales polarizados, funcionará con una alimentación de 3 a 30V con corrientes muy pequeñas. Para un buen funcionamiento, conviene colocar los LDR en sendos tubos opacos de 5 mm de diámetro por 3 cm de largo, los cuales se deben enfocar en la dirección en la que se desee detectar el movimiento. El montaje se puede realizar en una placa de circuito impreso como la mostrada en la figura 5. Para ajustar el equipo debe colocar los dos trimpots en posición central, conecte la alimentación y espere 5 segundos para

VR2 - Trimpot de 250kΩ C1, C3 - 0,1µF - Cerámico C2 - 10µF x 25V - Electrolítico. Buzzer - Buzzer piezoeléctrico.

Varios: Placa de circuito impreso, gabinetes para montaje, batería de 9V y conector, tubos opacos para los sensores, interruptor simple, etc.

que la alarma sonora dispare. Recuerde que el funcionamiento se basa en la comparación entre dos niveles, si hay necesidad la alarma funcionará con dos tubos que estén centrados en dos direcciones diferentes. Para controlar varios ambientes al mismo tiempo, bastará con colocar varios conjuntos sensores en paralelo, conectarlos mediante cables blindados. Cuando todo está ajustado y equilibrado, cualquiera de los pares de ojos hará funcionar la alarma. Por último, en la figura 6 se reproduce el cir-

Figura 6 - Detector de proximidad con sensores infrarrojos.

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Montaje cuito de un detector de proximidad con fotodiodo y fototransistor por infrarrojos. El par detector-transmisor se puede reemplazar por un acoplador óptico como el CYN70. El CNY70 es un sensor óptico reflexivo que tiene una construcción compacta donde el emisor de luz y el receptor se colocan en la misma dirección para detectar la presencia de un objeto utilizando la reflexión del infrarrojo sobre el objeto. Es uno de los sensores que más se suele usarse para los robots seguidores de línea. El fotodiodo se encarga de emitir luz, cuya intensidad es función de la resistencia que se ponga en serie con él y la tensión a la que se alimente. El fototransistor se encarga de recibir esta luz cuando se refleja sobre alguna superficie, y dependiendo de la cantidad de luz recibida trabaja en sus distintas regiones y pasa más o menos intensidad por él. Por lo cual, se puede detectar distintas superficies en función de la luz que reflejen, y así es como seguimos una línea negra sobre un fondo blanco, o viceversa. Cuando el sensor se encuentre sobre la parte negra (la línea) esta absorberá gran parte de la luz emitida por el diodo, por lo que nuestro transistor estará en corte y apenas tendremos intensidad a través de éste; cuando el sensor se sitúa sobre una superficie blanca, gran parte de la luz emitida por el diodo será reflejada al fototransistor, pasando éste de su

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Figura 7 - El sensor infrarrojo CNY70.

región de corte a la activa o saturación y teniendo una intensidad bastante mayor. En la figura 7 se muestra el principio de funcionamiento en un robot sigue líneas, el led infrarrojo ilumina la pista, si lo hace sobre una zona blanca el reflejo hace que el fototransistor se sature, mientras que si el fotodiodo ilumina a una zona negra no habrá reflejo y el fototransistor estará cortado. J

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M o n ta j e

¿Usted es de los que no pueden salir al aire libre sin repelente porque los mosquitos lo persiguen? Arme el circuito que proponemos y tendrá la solución a este problema... Por Federico Prado

AhuyentA Mosquitos PersonAl

C

ientíficos del Instituto Rothamsted de Inglaterra descubrieron que algunas personas nacen con un tipo de olor que ahuyenta a los mosquitos y concluyeron que todos los seres humanos somos víctimas potenciales de sus picaduras, pero aquellos que nacieron con la capacidad de fabricar las sustancias pueden librarse. Ahora, si Ud. no está dentro del grupo que fabrican naturalmente estos componentes y quieren salir al jardín sin que los mosquitos lo piquen, este pequeño circuito es la solución. Es pequeño, portátil y la pila puede durar hasta 50 horas. El transductor es un simple buzzer piezoeléctrico y, si utiliza uno grande (2 cm o más) no sólo no lo picarán a usted sino que lo mosquitos no se acercarán a 2 metros a la redonda. Por ser tan pequeño puede llevarlo dentro de un bolsillo. Saber Electrónica

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M o n ta j e Los inversores de potencia son muy requeridos en aquellos lugares en los que no existe corriente eléctrica de modo de poder obtener 110V o 220V a partir de una tensión continua provista por una batería. Con los nuevos sistemas de generación de energías alternativas es normal encontrar acumuladores de CC de distintas tensiones, razón por la cual es necesario poder contar con algún sistema que genere la tensión de red a partir de valores de continua ajustables. Además, suelen necesitarse tensiones de salida CC variables de hasta 32V. En este artículo proponemos el armado de un inversor que puede entregar 220V de CA a partir de tensiones de entrada de 6V hasta 12V y una tensión continua variable de 1V a 32V.. Por Ing. Horacio Daniel Vallejo [email protected]

inversor de 220v x 150W PArA energíAs AlternAtivAs El CIrCuIto

IntroDuCCIón Nuestro proyecto tiene dos partes, por un lado tenemos una etapa inversora convencional que entrega 110V o 220V de corriente alterna (50Hz o 60Hz) a parir de tensiones de entrada de 6V o 12V de corriente continua y, por otro lado, una etapa convertidora o fuente de alimentación que entrega tensiones CC, variables de 1V a 32V, a partir de tensiones CC de 6V a 12V. De esta manera, contamos con un amplio abanico de posibilidades cuando montamos sistemas de alimentación a partir de energías alternativas (solar, eólica o hidráulica).

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DEl InVErsor

En la figura 1 se muestra el circuito de un inversor clásico. Los transistores Q3 y Q4 forman un oscilador (multivibrador) cuya frecuencia depende de los valores de R4 -C1 y de R5-C2. Los valores dados son para una frecuencia de 50Hz, si se va a emplear para una red de 60Hz, en paralelo con cada capacitor (C1 y C2) se debe colocar otro capacitor de 100nF. Cada semiciclo de la señal generada por el oscilador se entrega a las bases de Q1 y Q2, que actúan como drivers de los transistores de salida, los clásicos 2N3055 (Q5 y Q6) quienes alimentan al transformador de poder,

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Inversos de 220V x 150W para energías alternativas

Figura 1 - Circuito del inversor para 110V7220V x 150W.

el componente más caro del circuito. Si se emplean baterías de 12V, se trata de un transformador con bobinado de acuerdo con la red local y secundario de 9V + 9V x 6A (si el circuito se va a alimentar con tensiones de 6V este transformador debe tener un secundario Lista de materiales del circuito de la figura 1 Q1, Q2 - TIP42A - Transistores de potencia PNP. Q3, Q4 - BC548 - Transistores NPN de uso general. Q5, Q6 - 2N3055 - Transistores NPN de potencia con disipador (ver texto). D1, D2 - 1N4148 - Diodos de uso general R1, R8 - 22Ω x 2W R2, R3, R6, R7 - 330Ω R4, R5 - 27kΩ SW1 - Interruptor simple T1 - Transformador de poder con primario de acuerdo con la red local y secundario de 9V + 9V x 6A.

Figura 2 - Placa de circuito impreso del inversor, vista del lado de componentes.

Varios Placa de circuito impreso, disipadores para los transistores de salida, conectores de entrada y toma para tensión de red local, estaño, cables, gabinete para montaje, etc.

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Montaje

Figura 3 - Placa de circuito impreso del inversor de 110V / 220V x 150W.

de 4,5V + 4,5V x 12A). Como puede observar, el circuito no requiere ajustes y sólo debe tener la precaución de colocar los transistores de salida fuera de la placa de circuito impreso (figuras 2 y 3), con disipadores de calor apropiados para poder obtener una potencia máxima de 150W. Sólo resta aclarar que los diodos D1 y D2 son importantes cuando se trabaja con sistemas de alimentación a partir de energías alternativas, dado que se pueden presentar parásitos y, de no estar, se pueden quemar dichos transistores. El InVErsor

DE tEnsIón

VarIablE

Si se tiene una fuente de energía de 6V a 12V, es posible construir

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una fuente estabilizada de tensión variable a partir de este simple conversor con tensiones ajustables desde 1V a 32V.

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Figura 4 - Diagrama interno del TL497.

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Inversos de 220V x 150W para energías alternativas

Figura 5 - Diagrama de pines del TL497.

Nuestro circuito posee tres partes fundamentales: un elevador de tensión, un conversor y un regulador. La base del circuito

está en los dos primeros bloques, cuyo “corazón” es el circuito integrado TL497 de Texas Instruments, que tiene el diagrama interno mostrado en la figura 4. En la figura 5 se puede observar la cubierta de este integrado. Consiste en un regulador de tensión conmutado con un rendimiento del 58%, puede trabajar con corriente de salida del orden de los 600mA. En realidad, este integrado posee características sobresalientes, a tal punto que puede ser controlado a partir de circuitos TTL, particularidad que no es “aprovechada” en nuestro proyecto. Vea en la figura 6 un par de circuitos suministrados por el fabricante del TL497 con las fórmulas de diseño. Si desea el manual completo de este inte-

Figura 6 - Circuitos de aplicación del TL497.

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Montaje

Figura 7 - Circuito eléctrico del conversor que permite obtener de 1V a 32V a partir de 6Va 12V CC.

grado, puede bajarlo de nuestra web con la clave TL497. En la figura 7 se da el circuito completo del conversor. El capacitor C5 determina la frecuencia de operación del oscilador interno que permitirá la “elevación de tensión”. Con C5= 220pF, la frecuencia de oscilación hace que el ciclo activo se ubique en torno de los 18µs. Así mismo, el circuito integrado al que nos referimos acepta capacitores en la banda de 200pF a 2nF. La configuración básica del TL497 utilizada en este caso, permite operar con tensiones comprendidas entre 4,5 y 12V, lo que permite el uso de baterías convencionales alimentadas a partir de sistemas de generación de energías alternativas. El punto de disparo del circuito comparador y de la tensión de salida de dicho regulador se obtiene con el ajuste de VR1. La tensión de salida elevada (30V), se obtiene de la pata 6 y es enviada al circuito regulador que se construye a partir del circuito integrado L200C, quien debe ser montado en un disipador de calor, pues manejará corrientes del orden de los 600mA (si bien el TL497 también maneja corrientes altas, como prácticamente no tiene tensiones de “disipación”, no debe

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Figura 8 - Placa de circuito impreso del conversor

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Inversos de 220V x 150W para energías alternativas manejar altas potencias). Se pueden utilizar otros reguladores de tensión para esta función, tales como los clásicos TL085 o similares. El regulador de tensión L200 permite obtener una tensión de salida ajustable por medio de VR1. C3, ubicado a la salida del regulador, se emplea como elemento de desacople. XRF es un choque de 150µH y es el encargado de producir la alta tensión del circuito con sus particularidades de inductancia. XRF puede ser un microchoque comercial o se la puede fabricar enrollando unas 100 espiras esmaltadas de alambre 30 en un resistor de 100kΩ x 1/2W. El montaje puede ser efectuado con la placa de circuito impreso, como lo vemos en la figura 8. Para el montaje, deberá tener en cuenta que el conversor opera con frecuencias elevadas; por lo cual, las capacidades parásitas pueden modificar el funcionamiento. Para la prueba, conecte a la entrada una tensión continua de 6V a 12V por 1A de corriente. Habrá que ajustar el trimpot VR1 para lograr la máxima tensión de salida en la

Lista de materiales del circuito de la figura 7 CI1 - TL497 - Circuito integrado conversor de tensión. CI2 - L200 - Circuito integrado regulador de tensión. R1 - 1Ω R2 - 22kΩ R4 - 1kΩ R5 - 560Ω R3 o VR1 - Trimpot de 10kΩ R6 o VR2 - Potenciómetro de 10kΩ C1 - 220µF x 25V - Electrolítico C5 - 220pF - Cerámico C2 - 470µF x 50V - Electrolítico C4 - 0,1µF - Cerámico C3 - 100µF x 50V - Electrolítico L1 o XRF - Choque - ver texto Varios: Placa de circuito impreso, gabinetes para montaje, interruptor simple, disipador para el CI2, fuente de alimentación o batería de 6V ó 12V, etc.

pata 6 (aproximadamente 32V). Luego habrá que revisar la banda de regulación del potenciómetro VR2. J

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M o n ta j e

Con el LM3914 es posible construir una escala de punto móvil similar a la presentada en Saber Nº 4 con nuestro viejo conocido UAA170, con la ventaja de presentar un mejor desempeño cuando hay una variación de potencia considerable en la señal aplicada a la entrada. Aprovechando esta característica diseñamos un voltímetro a escala luminosa empleando un sensor de temperatura de la familia LM35. . Por Ing. Horacio Daniel Vallejo [email protected]

TermómeTro de Precisión con escala luminosa La EscaLa LumInosa Las aplicaciones propuestas por los fabricantes del circuito integrado LM3914N en sus Manuales de Componentes son variadas, incluso, hemos propuesto algunos artículos en otras ediciones de Saber Electrónica. Este circuito integrado está diseñado para mostrar una "escala de tensiones" mediante un conjunto de diodos emisores de luz. Posee un divisor de tensión y diez comparadores que se encienden en secuencia cuando se eleva la tensión de entrada. Este hecho se utiliza para “amplificar y comparar” una señal de audio conectado a su entrada. Para el funcionamiento, se debe colocar en la entrada (J1) la salida de cualquier amplificador de audio con una potencia 98

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superior a 100mW (se conecta directamente al parlante). En el circuito de la figura 1, D1 es un rectificador que cambia la señal de audio alterna a una señal DC que luego es filtrada por C1 para obtener un nivel constante correspondiente al pico de la señal de audio de entrada. En la porción de "no-carga" de la señal de media onda, R2 descarga al capacitor C1. Dado que R2 es ajustable, el promedio de descarga de C1 puede ajustarse hasta compatibilizar nuestro detector con las características de audio de la radio particular que está siendo usada. El promedio de descarga puede variar entre casi unas décimas de segundos a varios segundos. La señal de audio mantendrá estable esta

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termómetro de Precisión con escala Luminosa

Figura 1 - Barra luminosa a Leds con el LM3914.

Figura 2 - Impreso de la barra de Leds con el LM3914.

tensión sobre C1 con alguna fluctuación (mientras el audio también fluctúe). Cuando el pulso de un rayo haga ondular la radio, el proceso de carga de C1 será más rápido que el de su descarga. En este caso, la tensión sobre C1 se aplicará a IC1 y esto se traducirá en el nivel de corriente mostrado en los LEDs. Dado que IC1 puede mostrar un nivel de tensión como una "barra" de LEDs o como un simple punto móvil, S1 se usa para seleccionar entre los dos modos de muestra. La alimentación puede hacerse con cualquier tensión comprendida entre 6V y 18V, se alimentará con una batería de 9V o con la propia fuente de la radio. El cirSaber Electrónica

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Montaje cuito es muy simple, y puede ser construido en una placa de circuito impreso como la mostrada en la figura 2. El tamaño de los LEDs y sus colores dependerán de la preferencia personal del constructor. En la figura 3 se reproduce el impreso “invertido” por si Ud. desea construir su placa empleando pertinax presensibilizado. Recuerde que trabajar con placas de circuito impreso vírgenes presensibilizadas le permitirá construir el circuito impreso con poco esfuerzo, sin necesidad de tener que “dibujar” con marcador permanente las pistas donde deberá quedar el cobre. El método de fabricación de impresos se muestra en el montaje del controlador de motores paso a paso dado en esta misma edición. Para emplear el circuito como juego de luces, debe colocar la llave en la posición correspondiente a “punto luminoso” y colocar y excitar un TIC226D por medio de un cable conectado entre el terminal 11 del integrado con su unión con el cátodo de D11 (vea la figura 4). Por otra parte, si desea utilizar el vúmetro

Lista de materiales del circuito de la figura 1 IC1-LM3914N - Circuito integrado para lectura de barras de leds de punto móvil (similar a nuestro viejo conocido UAA170) D1- OA91 o similar - Diodo de germanio LEd1-LED10 - Díodos emisores de luz (ver texto) R1 - 680Ω R2 - Potenciómetro lineal de 1MΩ R3 - 12kΩ C1 - 22µF - Capacitor electrolítico de 25V C2 - 100nF - Capacitor cerámico. S1 - Llave inversora simple

Varios Zócalo para montar el integrado, batería de 9 volt (ver texto, gabinete para montaje, placa de circuito impreso, perilla para el potenciómetro, cables, estaño, componentes accesorios en caso de querer montar el juego de luces audiorrítmicas (ver texto) o para aumentar la sensibilidad de entrada (ver texto), etc.

Figura 4 - Etapa para luces de potencia.

Figura 5 - Si quiere emplear la barra luminosa con luces de mediana o baja potencia, puede emplear transistores de menor potencia como el BC548. Figura 3 - Circuito impreso invertido de la barra de leds.

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termómetro de Precisión con escala Luminosa para que funcione con potencias más bajas, a la entrada debe colocar un transistor BC548 como el mostrado en la figura 5. Para obtener diferentes efectos puede conectar el cable que hemos marcado con la letra “A” en el circuito de la figura 1 a otras patas del integrado conectadas a leds, ésto le ayudará también a obtener variantes cuando quiera emplearlo como juego de luces audiorrítmicas. EL TErmómETro

Figura 6 - Circuito del termómetro con escala luminosa.

En la figura 6 mostramos el circuito completo de un termómetro que emplea integrados como el que acabamos de describir. El sensor de temperatura de nuestro termómetro electrónico es el LM35DZ que mide desde 0°C hasta 100°C con salida apta para barras gráficas. Nuestro circuito mide temperaturas entre 10ºC y 39ºC con precisión. Para un correcto funcionamiento, los valores de tensión de cada punto se muestra en el circuito; se deben ajustar a 90mV, 190mV, Saber Electrónica

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Montaje 290mV y 390mV mediante el uso de potenciómetros multivuelta. Este ajuste determina el rango de los valores mostrados para cada pantalla de barra de leds. Por ejemplo, en este caso se muestra en la primera pantalla o barra los valores de 10°C a 19°C, la segunda pantalla muestra de 20°C a 29°C y así sucesivamente. Se puede utilizar una batería de 9V para la alimentación. En esta situación, el circuito funciona correctamente hasta que la tensión de la batería disminuya a 4V. El consumo de corriente depende del número de LEDs encendidos. Cada Led puede consumir 5mA, de modo que al estar todos los de una barra encendidos el consumo llegará a 80mA. Puede armar el termómetro en una placa de circuito impreso como la mostrada en la figura 7, tenga en cuenta que sobre la placa deberá realizar algunos puentes, como los que se muestran en la parte del medio de dicha figura. J

Figura 7 - Circuito impreso del termómetro de precisión.

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Mont - paso a paso:ArtTapa 28/11/15 16:50 Página 104

M o n ta j e Presentamos los circuitos de dos controladores para motores paso a paso, ambos para dispositivos de poca corriente o de potencia para aplicaciones tanto de robótica como para sistemas de control. El primero es microcontrolador y ofrece mayores posibilidades de trabajo mientras que el segundo posee componentes analógicos y muy fácil de montar, aún para el control de motores de gran porte. Por Ing. Horacio Daniel Vallejo [email protected]

Controladores de Motores Paso a Paso MiCroControlado y Con CoMPonentes disCretos IntroDuccIón En robótica, son indispensables “los movimientos precisos”, donde los brazos mecánicos deben ejecutar movimientos de gran exactitud. Lo mismo ocurre en sistemas autómatas o de control. Un motor paso a paso resuelve en gran medida este problema, ya que su principio de funcionamiento le permite realizar pequeños movimientos en pasos, con gran exactitud. Estos motores son dispositivos especiales que permiten el avance de su eje en ángulos muy precisos y por pasos en las 2 direcciones de movimiento, izquierda o derecha. Para permitir este movimiento se debe dar 104

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una determinada secuencia de señales digitales, para poder avanzar por pasos hacia un lado u otro y se detienen exactamente en una determinada posición, que es función de ese “juego de señales” aplicadas. Cada paso tiene un ángulo muy preciso, determinado por la construcción del motor, lo que permite realizar movimientos exactos sin necesidad de un sistema de control por lazo cerrado. Los motores paso a paso presentan grandes ventajas con respecto a la utilización de servomotores debido a que se pueden manejar digitalmente sin realimentación, su velocidad se puede controlar fácilmente, tiene una larga vida, son pequeños, robustos y poseen un elevado torque en bajas revoluciones, lo

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Controladores de Motores Paso a Paso una de las características más importantes en este tipo de motores y generalmente están indicados en su carcasa o cuerpo. Según la construcción de su rotor, existen tres tipos de motores paso a paso: 1) De Imán Permanente: en este tipo de motor, su rotor es un imán permanente que posee una ranura en toda su longitud y el estator está formado por una serie de bobinas enrolladas alrededor de un núcleo o polo. Su funcionamiento se basa en el principio explicado anteriormente de atracción y repulsión de polos magnéticos. Figura 1 - Formación de un motor paso a paso de 4 bobinas.

que permite un bajo consumo tanto en vacío como en plena carga, su mantenimiento es mínimo, debido a que no tienen escobillas. El funcionamiento de los motores paso a paso se basa en el simple principio de atracción y repulsión que ocurre entre los polos magnéticos. El principio básico del magnetismo establece que polos iguales se repelen y polos diferentes se atraen. En la figura 1 se muestra un motor paso a paso imaginario con cuatro bobinas y un rotor formado por un imán. Si aplicamos corriente a la bobina A y D, de tal manera que se formen electroimanes con las polaridades vistas en la figura 1, el rotor gira hasta alcanzar la posición de reposo. La aproximación realizada corresponde entonces, a un motor real que utiliza cuatro bobinas mediante las cuales podemos hacer girar el rotor en ángulos de 90º. Al cambiar la polaridad de las bobinas del estator, se presenta el efecto de repulsión y atracción por parejas de polos, con los polos del imán, que produce el giro por pasos. Los motores paso a paso se fabrican aumentando el número de polos del estator con el objeto de conseguir pasos o giros más pequeños y se les practican una serie de ranuras, tanto en el rotor como en el estator. Así se logran movimientos de hasta 1.8º por paso. Los grados de avance por paso son

2) De reluctancIa VarIable: En estos motores el rotor está fabricado por un cilindro de hierro dentado y el estator está formado por bobinas que crean los polos magnéticos. Como este tipo de motor no tiene un imán permanente, su rotor gira libremente cuando las bobinas no tienen corriente, lo que puede ser inconveniente en un momento dado si hay una carga que presione el eje. Este tipo puede trabajar a mayor velocidad que el anterior. 3) HíbrIDos: Estos motores combinan las dos características anteriores, así logran un alto rendimiento a buena velocidad. En cuanto a la forma de conexión y excitación de las bobinas del estator, los motores paso a paso se dividen en 2 tipos. En los motores paso a paso debemos diferenciar los motores unipolares de los bipolares. En los motores unipolares la corriente que circula por los diferentes bobinados siempre corre en el mismo sentido. En los motores la corriente que circula por los bobinados cambia de sentido en función de la tensión que se aplica, por lo que un mismo bobinado puede tener, en uno de sus extremos, distinta polaridad (bipolar). Algunos motores comerciales tienen los bobinados de tal manera, que en función de puentes, pueden convertirse en unipolares o bipolares. Lo más importante es saber el tipo Saber Electrónica

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Montaje de motor que es, la potencia, el número de pasos, el par de fuerza, la tensión de alimentación y poco más si son motores sencillos. En los motores bipolares, la dificultad radica en controlar la alimentación y cambiar la polaridad y el ritmo de los bobinados para conseguir la secuencia necesaria para permitir que el motor funcione correctamente. control

De

motores Paso

a

Paso

con

PIcaXe

das alrededor de la carcasa del motor. Cuando pasa corriente eléctrica por estas bobinas, las mismas generan un campo magnético el cual atrae o repele a los electroimanes permanentes en la armadura, provocando que la armadura gire un “paso” hasta que los campos magnéticos estén alineados. Luego, las bobinas son energizadas con un patrón diferente para crear un campo magnético diferente y provocar que la armadura gire otro “paso”, para ello, hay circuitos integrados que se fabrican específicamente, como el ULN2003A, cuya conexión simplificada se muestra en la figura 2. Para hacer que la armadura gire continuamente, las cuatro bobinas internas del motor paso a paso deben ser encendidas y apagadas continuamente en cierto orden. El chip controlador ULN2003A es un controlador Darlington que actúa como interfaz para las cuatro bobinas del motor paso a paso. La siguiente tabla muestra los cuatro “pasos” distintos requeridos para hacer girar el motor.

En base a información suministrada por Education Revolution, presentamos el circuito de un controlador de motores paso a paso que podrá utilizar tanto en aplicaciones de robótica como en sistemas de control. El circuito es muy sencillo y podrá realizar sus propios programas que descargará directamente sobre un microcontrolador PICAXE sin necesidad de quitar el integrado desde su placa de circuito impreso. En el caso de tener que controlar motores paso a paso de alta precisión, comúnmente utilizados en unidades de disco, impresoras, Paso bobina 4 bobina 3 bobina 2 bobina 1 plotters y relojes de computadoras, es preciso (output 3) (output 2) (output 1) (output 0) emplear circuitos microcontrolados. A diferen1 1 0 1 0 cia de los motores de CC, los cuales giran 2 1 0 0 1 libremente al aplicarles potencia, los motores 3 0 1 0 1 paso a paso requieren que su fuente de ali4 0 1 1 0 mentación sea continuamente “impulsada” 1 1 0 1 0 en cuatro patrones diferentes. Por cada Para hacer girar al motor en dirección conimpulso, el motor se mueve un “paso”, típicamente 7.5° (requiriendo por lo tanto 48 pasos para una revolución completa). Los motores paso a paso tienen algunas limitaciones. Primero, el consumo de potencia es mayor cuando el motor está detenido (debido a que todas las bobinas requieren estar energizadas). Segundo, la velocidad de operación está limitada a aproximadamente 100 “pasos” por segundo, lo cual equivale a 2 revoluciones por segundo ó 120 RPM. El motor paso a paso contiene una serie de electroimanes fijos a la armadura central y cuatro bobinas ubicaFigura 2 - Formación de un motor paso a paso de 4 bobinas.

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Controladores de Motores Paso a Paso traria, los pasos deben ser invertidos (4-3-2-14-etc. en vez de 1-2-3-4-1-etc.) nota: La configuración del cableado de los motores paso a paso puede variar según el fabricante, por lo tanto, puede que sea necesario reorganizar las conexiones de las bobinas para que la secuencia mostrada en la tabla anterior opere correctamente. Una conexión incorrecta de las bobinas puede causar que el motor vibre en una dirección y otra, en vez de girar continuamente. La mayoría de los motores paso a paso están diseñados para trabajar con 12V, pero generalmente pueden trabajar sin problemas (aunque con un torque reducido) con 6V. La siguiente tabla muestra el número binario de salida para cada paso: Paso 1 2 3 4 1

El programa de la tabla 1 también puede utilizar un número binario para encender y apagar todas las líneas de salida al mismo tiempo. Intente cambiar la velocidad de giro alterando el valor del retardo (delay) en el programa. —————————————————————— 'tabla 1 - encendido de todas las líneas Io del PIcaXe. symbol delay = b0 let delay = 100

'definir variable 'fijar el retardo (delay) en '0,1 segundos

main:

'primer paso 'pausa de 0,1 segundos '(valor asignado al retardo) 'siguiente paso 'pausa de 0,1 seg. 'siguiente paso 'pausa de 0,1 seg. 'siguiente paso

let pins = %00001001 pause delay let pins = %00000101 pause delay let pins = %00000110

subrutinas Una subrutina es un “mini-programa” separado que puede ser llamado desde el programa principal. Una vez que se ejecuta la subrutina, el programa principal continúa. Las subrutinas son frecuentemente utilizadas para separar el programa principal en pequeñas secciones, para hacerlo más fácil de comprender las subrutinas que realizan tareas comunes, también pueden ser copiadas de programa a programa para ahorrar tiempo. El programa de la tabla 2 utiliza dos subrutinas para separar las dos secciones principales del programa (“flash” y “noise”). —————————————————————— 'tabla 2 - cotrol utilizando subrutinas

salida binaria %00001010 %00001001 %00000101 %00000110 %00001010

let pins = %00001010 pause delay

pause delay 'pausa de 0,1 seg. goto main 'ir a “main (bucle perpetuo) ——————————————————————

symbol dp = 7 symbol buzzer = 6 symbol counter = b0

'renombrar salida7 “dp” 'renombrar salida6 “buzzer” 'definir a la variable “counter” como b0

main:

'hacer etiqueta llamada “main” 'ir al sub-procedimiento “flash” 'ir al sub-procedimiento “noise” 'ir a “main” 'fin del programa principal

gosub flash gosub noise goto main end flash: “flash”

'hacer un sub-procedimiento llamado for counter = 1 to 25 high dp pause 50 low dp pause 50 next counter return

noise: “noise

'iniciar un bucle for....next 'encender diodo leD 'esperar 0,05 segundos 'apagar diodo leD 'esperar 0,05 segundos 'siguiente counter (b0) 'retornar del sub-procedimiento 'hacer un sub-procedimiento llamado

high buzzer 'encender timbre pause 2000 'esperar 2 segundos low buzzer 'apagar timbre return 'retornar del sub-procedimiento ——————————————————————

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Montaje Obviamente, suponemos que Ud. posee algún conocimiento sobre los microcontroladores PICAXE, si no es así, lea el manual que se publica en esta edición donde se indica cómo hacer para descargar de nuestra web un curso sobre el funcionamiento y manejo de estos microcontroladores. El programa que podemos ver en la tabla 3, muestra cómo una variable puede ser utilizada para transferir información hacia una subrutina. En este caso, la variable b2 es utilizada para indicar al controlador que debe ejecutar la subrutina flash, primero cinco y luego quince veces. —————————————————————— 'tabla 3 - uso de variables en los programas de control symbol dp = 7 symbol counter = b0

'renombrar salida7 “dp” 'definir a la variable “counter” como b0

main: let b2 = 5 gosub flash pause 500 let b2 = 15 gosub flash pause 500 goto main end

'hacer una etiqueta llamada “main” 'precargar a b2 con el número 5 'ir al sub-procedimiento “flash” 'esperar 0,5 segundos 'precargar a b2 con el número 5 'ir al sub-procedimiento “flash” 'esperar 0,5 segundos 'ir a “main” 'fin del programa principal

flash:'hacer un sub-procedimiento llamado “flash” for counter = 1 to b2 'iniciar un bucle for....next high dp 'encender diodo leD pause 250 'esperar 0,25 segundos low dp 'apagar diodo leD pause 250 'esperar 0,25 segundos next counter 'siguiente counter return 'retornar al sub-procedimiento ——————————————————————

Figura 3 - Circuito de un entrenador con PICAXE que se puede emplear como control de motores paso a paso.

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Controladores de Motores Paso a Paso

Figura 4 Circuito impreso para montar el controlador de motores paso a paso con microcontrolador PICAXE.

motores paso a paso. El entrenador incluye un circuito integrado ULN2803A para que pueda manejar pequeños motores. No tendrá problemas en conectarlos si sigue las instrucciones que se brindan en la explicación de cada programa. LK es un puente de conexión (un jumper o simplemente un cable). En la figura 4 se reproduce el esquema de circuito impreso para que monte su propio entrenador. En la figura 5 se muestra el detalle de armado del cable que sirve como interfaz entre la placa controladora y la computadora. Para programar el PICAXE deberá descargar de nuestra web el programa “Programming Editor”, tendrá que instalarlo en su PC y al ejecutarlo deberá escribir cualquiera de los programas controladores de motores que presentamos en este artículo. Si no sabe cómo hacerlo, lea el manual que publicamos en esta misma edición. Tanto el programa como más información puede descargar Figura 5 - Armado del cable que debe utilizar para programar el PICAXE desde nuestra web: sobre la placa de circuito impreso. www.webelectronica.com.ar,

el circuito del controlador con PIcaXe En general, cuando se trabaja con PICAXE se necesita un entrenador para corroborar los diferentes conceptos teóricos. Hay varios circuitos. La empresa Revolution Education ofrece cada uno de estos circuitos en forma de kits; sin embargo, Ud. puede armar su propio entrenador. En la figura 3 se brinda el circuito de un entrenador para que Ud. realice sus propias experiencias y que le servirá para controlar

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Montaje haciendo clic en el ícono password e ingresando la clave “picaxe”. control De motores Paso a Paso comPonentes DIscretos

con

El circuito que proponemos ahora permite el control “manual” de motores unipolares, pudiéndose emplear cualquier dispositivo que no tenga corrientes de bobina superiores a 3A y se alimenten con tensiones de hasta 15V. Las señales digitales que permiten el giro por pasos, son generadas por compuertas lógicas y flip-flops. Estas señales se amplifican por transistores del tipo TIP31 antes de ser aplicadas a las bobinas, con esto logramos el control de motores de hasta 3A, lo suficientemente poderosos como para realizar tareas de gran torque. Si va a emplear motores de 12V, la

Lista de materiales del circuito de la figura 4. IC1 - PICAXE 18 - Microcontrolador IC2 - ULN2303 - Driver para motores paso a paso. R1 - 10kΩ R2 - 22kΩ R3 - 4,7kΩ R4 a R8 - 10kΩ SW1 - Pulsador normal abierto CN1 - Conector de 3 contactos para programación (puede emplear un mini jack estéreo o un poste macho de 3 contactos). CN2 - Bornera de 5 contactos para las entradas CN3 - Bornera de 8 contactos para las bobinas del motor Varios Cable para programación (vea el armado en la figura 5), programa: “Programming Editor”, placa de circuito impreso, fuente de alimentación, cables, estaño, etc.

Figura 6 - Control de motores paso a paso con componentes discretos.

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Controladores de Motores Paso a Paso puede alimentar al circuito con esta tensión. En definitiva, puede emplear motores con tensiones de entre 5V y 15V y en todos los casos la tensión de alimentación del controlador se adaptará a la del motor. Los pulsos que permiten el giro se aplican entre el borne marcado como step1 en el circuito de la figura 6 y masa. La placa sugerida se muestra en la figura 7. Sobre esta placa debemos aclarar que el positivo de la tensión de alimentación (12V en este caso) debe aplicarse a dos puntos de la placa y que se debe realizar una conexión por medio de un cable entre las patas 16 de IC1 y 9 de IC2. Debe tener en cuenta que el diseño de esta placa se ha realizado para soportar corrientes pequeñas (control de motores de pequeño tamaño) razón por la cual, si desea controla motores de mayor tamaño, deberá aumentar el tamaño de las pistas tanto en colectores como en emisores de los transistores de salida. J

Lista de materiales del circuito de la figura 6 IC1 - CD4027 - Circuito integrado CMOS, doble flipflop JK IC2 - CD4027B - Circuito integrado CMOS con compuertas OR exclusive Q1 a Q4 - TIP41A - Transistores NPN (dotados de disipador en caso de emplear corrientes de más de 500mA de corriente de bobina) D1 a D4 - 1N4002 - Diodos rectificadores de 1A R1 a R4 - 1kΩ SW1 - Interruptor simple inversor BOB1 a BOB6 - Conectores o pines para los contactos del motor paso a paso STEP 1 - Contacto o pin para colocar los pulsos de avance o retroceso del motor Figura 7 - Circuito impreso del controlador con componentes discretos.

tensión de alimentación del circuito puede ser de 12V, si el motor es de 5V, entonces

Varios: Placa de circuito impreso, gabinetes para montaje, fuente de alimentación, motor paso a paso (ver texto), etc.

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M o n ta j e Este dispositivo, que bien podríamos llamarlo una bobina de efecto tesla de estado sólido, permite obtener hasta 40.000 volt partiendo de 24V de corriente alterna. El equipo se alimenta de la red eléctrica aunque de forma aislada ya que el primer transformador (de 220 a 24) aísla la red al tiempo que reduce la tensión de entrada. En este circuito, publicado en pablin.com, usamos un flyback viejo obtenido de un televisor en desuso. Es mejor utilizar uno del tipo primitivo, sin triplicador ni diodo de alto voltaje. Este tipo de transformadores originalmente permitían obtener tensiones del orden de los diez mil voltios fácilmente.

BoBina de tesla

P

rimero deberemos deshacer el primario original del fly-back y construir sobre el núcleo el nuevo. Si el fly-back tiene todo un recubrimiento plástico es indicio de triplicador incorporado, en cuyo caso nos convendría conseguir otro mas antiguo. El bobinado de potencia (formado entre los puntos C y D) está compuesto por diez espiras de alambre AWG18 con una toma central (o sea, cinco espiras, la toma central y otras cinco espiras mas). El bobinado de control (formado entre los puntos A y B) está compuesto por cuatro espiras de alambre AWG22 con una toma central (lo que sería igual a dos espiras, la toma central y otras dos espiras mas). Los transistores deberán estar debidamente disipados térmicamente a fin de evitar problemas por sobre temperatura. Las resistencias son de calentar mucho, así que a no asustarse si queman. Podemos convertir este dispositivo en portátil tan solo reemplazando la fuente de CACC por dos baterías de auto en serie.

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Es posible colocar un triplicador de TV en la salida para multiplicar la tensión obtenida. Otra prueba interesante es tomar un tubo fluorescente con la mano y acercarse de a poco al fly-back. Mucho antes de hacer contacto la electricidad estática hará que el tubo brille con fuerza. J

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