Sensor de luz ambiental aplicado a lámpara

OBJETIVO:

Diseñar y comprobar el funcionamiento de un circuito basado en componentes optoelectrónicos que permita un control automático y ahorre la energía consumida por una carga, en este caso, una lámpara.

ACTIVIDADES PREVIAS

RESUMEN

Antes de empezar, me gustaría primero dar una demostración gráfica sobre el funcionamiento y las etapas que componen el circuito de aplicación.

1.- Etapa de regulación, conversión de AC-DC

[pic 1]

2.- Etapa de sensado y potencia

[pic 2]

Una vez establecido nuestro diagrama a bloques, es importante describir el funcionamiento de cada etapa para su comprensión.

1. Etapa de regulación, conversión AC-DC

Esta es nuestra primera etapa, cabe mencionar que una conversión AC-DC es indispensable para el óptimo funcionamiento de los circuitos digitales. Es por ello que se propone tomar los suministros provenientes de la tensión eléctrica dada por el servicio de la CFE, sin embargo, hay un proceso en busca de no poder depender de dicha servicio y tomar la energía de otros suministros. Empecemos por la idea general.

Entrada AC

Se denomina corriente alterna (Alternating current – en inglés) a toda aquella corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. Esta corriente la podremos obtener gracias a los suministros que nos proporciona el servicio de la CFE, así como también generadores y algunas celdas solares, esta tiene sus propias características, tales como la amplitud, frecuencia y onda.

Generalmente este tipo de señal tiene una forma sinusoidal, que oscila a una frecuencia de 60 ciclos por segundo (Hertz) y su amplitud puede variar de acuerdo al suministro que se presente. A continuación se presenta gráficamente una señal de corriente alterna:

[pic 3]

Como se puede observar, éste tiene amplitud como previamente se mencionó, así como también un periodo que no es más que el inverso de su frecuencia en la que oscila, es decir . Por lo que cabe decir que es una variable física que varía con el tiempo.[pic 4]

Rectificación

En esta etapa, contribuyen algunos dispositivos llamados Diodos, que en su función es recortar la señal dejándola que fluya en solo un sentido, cabe decir que hay 2 tipos de rectificación la cual es de onda completa y la continua, sin embargo, se dará un enfoque al de onda completa ya que es la que se necesita para este proyecto.

Los diodos son dispositivos electrónicos que generalmente están fabricados de silicio o germanio. A continuación se presenta gráficamente lo que es un diodo.

Símbolo eléctrico                            Componente físico[pic 5][pic 6]

Estos son muy útiles dentro de la electrónica analógica para realizar conversiones de corriente alterna en directa. A un arreglo de cuatro diodos se les denomina puente.

Símbolo eléctrico                        Componente en físico[pic 7][pic 8]

La señal resultante que podemos obtener gracias a este dispositivo es la siguiente, cabe mencionar que éste se conecta a la corriente alterna previamente mencionada.

[pic 9]

Filtrado

La función principal del proceso de filtrado es hacer la señal aún más continua y con menos rizado, es decir, a todos aquellos picos de tensión que salen de la señal una vez rectificada. Para ello, se utilizan componentes electrónicos tales como los capacitores.

A continuación se muestran los componentes electrónicos que nos ayudan en el proceso del filtrado así como su señal resultante.

Símbolo eléctrico                        Componente físico[pic 10][pic 11]

Señal resultante – Proceso de rizado

Gracias a estos componentes se puede obtener una señal totalmente continua, en cuanto más grande sea su capacidad presentada electrónicamente (Faradios). Es importante tomar en cuenta las características de este componente, tales como su capacitancia y la tensión que puede soportar.

[pic 12]

Regulación (Zener)

La etapa de regulación es la más importante, pues gracias a ella, podemos obtener una señal totalmente directa y con mínimas variaciones de tensión, para ello utilizará un diodo rectificador Zener, ya que en su función de polarización inversa lo que hace es regular esa tensión entregada por el filtrado. Cabe mencionar que el voltaje entregado es aquel determinado por dicho componente semiconductor.

Símbolo electrónico                        Componente físico[pic 13]

[pic 14]

Señal resultante de la etapa de regulación

[pic 15]

1. Etapa de sensado y potencia

Sensado

En esta etapa se utilizará una resistencia dependiente de luz (LDR), cuya función es variar su resistencia dependiendo de la luminosidad que incida en ella. Como nuestro objetivo es automatizar y ahorrar la energía eléctrica, este es el componente adecuado para ello. A continuación se presenta dicho componente:

Símbolo electrónico        Componente físico[pic 16]

[pic 17]

Comparación

Para ello es necesario utilizar los amplificadores operacionales en función de comparador, cabe decir que estos son muy útiles para aumentar en magnitud esa tensión que se suministre en su entrada, en este pequeño proyecto, la función del comparador es esencial, ya que al producirse una corriente en su entrada éste disparará en su salida la tensión requerida para activar otro proceso digital.

Símbolo electrónico        Componente físico[pic 18]

[pic 19]

Óptica

En esta etapa se hace uso de la optoelectrónica, es decir tecnología basada en luz.  El componente a utilizar será el MOC3011, cuya función es separar la tierra digital con la analógica, este componente es bastante útil y muy utilizado dentro de las etapas de potencia, ya que a través de ellos podemos controlar la corriente alterna a través de la corriente directa, esencial para automatizar procesos que involucren altas tensiones y corrientes.

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