Diseño Global: 1 Hardware

Por medio del uso de diagramas de flujo se buscara describir los módulos que requerirá el prototipo, ver Figura 3.8, posteriormente se detallara dichos módulos, en base a los circuitos en el mercado que cumplan con la función de cada modulo.

Figura 3.8 Diagrama de flujo hardware

El siguiente paso lógico, es plasmar lo descrito en el diagrama de flujo en un “Diagrama Electrónico”, también conocido como un esquema eléctrico o esquemático, que es una

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representación pictórica de un circuito eléctrico. Muestra los diferentes componentes del circuito de manera simple y con pictogramas uniformes de acuerdo a normas, y las conexiones de poder y de señales entre los dispositivos. El arreglo de los componentes e interconexiones en el esquema generalmente no corresponde a sus ubicaciones físicas en el dispositivo terminado.

Figura 3.9 Diagrama electrónico (Elaboración propia)

En la Figura 3.9 se muestra el diagrama electrónico propuesto. Las consideraciones que se tomaron en cuenta para su diseño fueron las siguientes:

Modulo de protección: se considero que se tendría que tener una protección resistiva para evitar posible daño del puerto paralelo. El número de pines a usar son cinco, uno para el disparo y los otros cuatro para el manejo del motor a pasos unipolar.

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Modulo de control de intensidad; se tomo en cuenta un circuito tipo driver debido a varios factores, como; se requiere variar la corriente que pasa por una bobina la solución más conveniente, es usar un variac, este dispositivo es un transformador toroidal que tiene embobinada la última capa de forma aparente como un gran reóstato, sobre esa capa que tiene el esmalte superficial de la parte superior quitado, desliza un contacto, variando el numero de espiras de esa forma (mecánica), se puede variar la tensión. Debido al mecanismo tipo mecánico se eligió usar un motor a pasos para mover este dispositivo.

Modulo de control de encendido; en este modulo se propuso un circuito tipo driver, aprovechando la existencia del circuito propuesto en el modulo de control de intensidad Modulo de protección de alto voltaje; se propone un arreglo con un foto triac y un triac para separar la corriente directa de la corriente alterna, que maneja el variac.

3.2.1.2 Software

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Figura 3.10 Diagrama de flujo de software modulo de control de encendido (Elaboración propia)

Los módulos a analizar correspondientes al software son:

Modulo de control de encendido, Figura 3.5, que se encargara de controlar el encendido y apagado de acuerdo al tiempo programado.

Modulo de Variación de intensidad, Figura 3.6, se encarga del movimiento del motor.

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57 3.2.2 Diseño a Detalle

3.2.2.1Hardware

Basado en la fase anterior se empieza a calcular y determinar que características tiene que contar el elemento, componente o circuito electrónico a implementar en el prototipo. Se empieza por las resistencia, que protegerá al puerto paralelo (Ver anexo B) impidiéndole el que se emplee mas corriente de lo que puede proporcionar.

La norma IEEE 1284 hace referencia a las características de la conexión entre un interface de puerto paralelo y una impresora. Las líneas son aseguradas, esto es, mantienen siempre el último valor establecido en ellas mientras no se cambien expresamente y los niveles de tensión y de corriente coinciden con los niveles de la lógica TTL, cuyos valores típicos son:

-Tensión de nivel alto: 5 V. -Tensión de nivel bajo: 0 v.

-Intensidad de salida máxima: 2.6 mA. -Intensidad de entrada máxima: 24 mA.

El puerto paralelo cuenta con 25 pines, de esos 8 pines se pueden usar de forma bidireccional, esto quiere decir que se pueden usar como entrada o como salida de datos. Para el prototipo se requerirá el uso de 5 de estos pines, uno de ellos para activar el encendido y apagado del dispositivo con esto se controla el tiempo de exposición y los otros cuatro controlara la intensidad de campo electromagnético radiado, a través de un motor de pasos.

Por experiencia propia muy pocos puertos paralelos dan una tensión de 5V en la salida, la mayoría da un promedio de 3.7 V, aunque puede variar dependiendo de las

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condiciones de la alimentación. Por esta razón se considera 3.7 V que proporciona el puerto paralelo.

El dispositivo a conectar es un circuito del tipo Driver para eso se analiza la Tabla 3.1. La resistencia propuesta para limitar la corriente en el puerto es de 680 ohms (Ω) a ¼ de Watt ya que es una resistencia comercial y en caso de presentarse un flujo de corriente mayor al deseado, repercutiría en esta resistencia.

Para comprobar que la resistencia cumplirá con los requerimientos del circuito y el puerto paralelo se calcula la corriente circulante en esta etapa. Tomando en cuenta, las

hojas de especificaciones circuito “ULN2803A” (Ver Anexo C) presenta una resistencia

de entrada de 2.7KΩ. De ahí se obtiene la resistencia total del circuito, posteriormente

solo se aplica la ley de ohm. Sustituyendo

Aplicando ley de omh

Donde:

V= voltaje de alimentación R=resistencia en el circuito I=Corriente

Despejando

Del resultado obtenido, se desprende que la corriente circundante es menor que la corriente máxima que puede proporcionar el puerto paralelo y se encuentra dentro de los rangos de de funcionalidad del circuito ULN2803 rangos de las

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Tabla 3.1 Características Eléctricas de circuitos ULN2801 – ULN2805 [SGS Thompson, 1997]

El mecanismo para controlar el variac es por medio de un motor la decisión de que tipo de motor usar va depender de la aplicación que se le quiera dar, para el caso de estudio, conviene usar un motor a paso debido a que se quiere controlar la salida de corriente por lo cual, se requiere movimientos precisos, además la fuerza aplicada a el variac también es considerable, básicamente lo consideraciones que necesaria el motor lo cumple el circuito ULN2803A y el software.

El modulo de protección de alto voltaje consiste en un fototriac para acoplar la corriente directa con la corriente alterna y para el manejo del alta potencia se usa un triac de alto rendimiento.

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Analizando la primera etapa (fototriac), y revisando la información en las hojas técnicas (Ver Anexo D), se obtiene que el circuito integrado Moc3011 (fototriac) requiera de una alimentación de 3V con una corriente máxima de entrada de 10mA. La alimentación en esa etapa es de 12V a 1A, por lo que se requiere bajar la alimentación para cumplir los requerimientos del Moc3011, Tabla 3.2.

Se usó un regulador de voltaje de la serie LM78XX (Ver anexo E). Estos reguladores tienen la característica de reducir la tensión para alimentar de forma correcta el Moc3011, debido a que no existe un regulador que de un voltaje de 3V. El más bajo es el de LM7805, que de acuerdo a las hojas de especificaciones, tiene un voltaje de entrada de 14V a 30V con un voltaje de salida de 5V a 500mA.

Tabla 3.2 Características Eléctricas de circuitos Moc3011 [Fairchild Semiconductor, 2002]

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Mediante el uso de una resistencia, entre el LM7805 y el Moc3011 se reducirá la corriente que pasa sobre el diodo emisor de luz interno del moc3011. Se propone una resistencia de 600 omhs a ½ Watt el resultado fue el siguiente

Donde:

Vf :=voltaje de la fuente

Vled= voltaje consumido por el led R= resistencia de carga

I=Corriente

La corriente disminuyo a 6.4Ma, comparándola con el valor de corriente máxima, se cumplió con el objetivo de adaptar los dispositivos.

En la ultima fase del modulo de protección de alto voltaje se busco un componente electrónico que soportara voltajes superiores a los 120Vac a 60Hz ya que, éste se encargaría de proporcionar la alimentación necesaria al variac, para posteriormente colocar la bobina. El Mac15 (Ver anexo E) posee características como manejo de voltajes de hasta 800V a 15A, puede soportar corrientes pico de 150 A y puede resistir temperatura que van desde los -40º a 150º centígrados.

El circuito final propuesto es el que se muestra en la Figura 3.12. Su funcionamiento es como se explica a continuación:

Manual de funcionamiento electrónico Requerimiento

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El dispositivo requiere de una alimentación de 12Vdc y una conexión a través de un cable con conector tipo centronics de 25 pines macho, para la conexión con el puerto paralelo.

Figura 3.12 Circuito con componentes reales. (Elaboración propia) Funcionamiento

El puero paralelo consta de 25 pines de los cuales se requerirá del uso de 5 de estos, en la figura 3.13, se muestra los pines del puerto paralelo para el circuito propuesto es necesario el uso de los pines: dos al seis. Mostrador en el diagrama como D0 a D4.

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Figura 3.13 Puerto Paralelo y sus salidas correspondientes (Elaboración propia) Los pines dos (D0), tres (D1), cuatro (D2) cinco (D3) y seis (D4), requerirán de una corriente de 0.93mA a 1.35mA máxima para activar sus respectivas salidas. La función de cada pin es la siguiente:

D0, se encarga de controlar el encendido del equipo a controlar (variac), éste requiere un lenguaje binario para encender el dispositivo, el dispositivo permanecerá encendido hasta que D0 se cambie de estado a un 0.