Proyecto de automatización seguridad electrónica

Laboratorio 4:
PROYECTO DE AUTOMATIZACIÓN Y/O

SEGURIDAD ELECTRÓNICA

1. Planteamiento del problema a solucionar.

     Se necesita automatizar una casa, usando puertas lógicas y sensores que capten           magnitudes físicas (Fuego y humo), esto debe seguir las siguientes condiciones:

-       Cuando exista proximidad de humo en la casa se encenderá un diodo LED que indica un incendio, fuga de gas, etc.

-       Cuando exista presencia de fuego un LED se encenderá e indicara una señal de alerta al aparecer.
-    Cuando se active el control manual, también se activará el LED y zumbador.

2. Objetivos:

1-    Implementar circuitos de lógica combinacional y secuencial para la seguridad de una casa.

2-    Automatizar una casa utilizando conocimientos sobre sensores y puertas logicas.

3-    Prevenir incendios de gran magnitud.

3. Materiales:

• Sensor de flama
• Sensor de humo MQ-3
• Puertas digitales ( AND, OR Y NOT)
• Buzzer
• Diodo LED
• Resistencia 220 ohm y 10kohm
• Pulsador o switch

4. Marco teórico:

4.1. SENSOR DE HUMO MQ-3

Los sensores MQ están compuestos por un sensor electro-químico que varía su resistencia al estar en contacto con las sustancias.

Módulo con sensor de alcohol, respuesta rápida, alta sensibilidad, larga vida y estabilidad. Este sensor de alcohol es adecuado para detectar la concentración de alcohol en su aliento, al igual que su común alcoholímetro. Tiene una alta sensibilidad y tiempo de respuesta rápido. Sensor proporciona una salida analógica resistiva basado en la concentración de alcohol. El circuito de excitación es muy simple, todo lo que se necesita es una resistencia. Una sencilla interfaz puede ser un ADC de 0-3.3V.

Características:

• Detección de humo,vapor y gases.
• Temperatura de operación: -20 °C a 50 °C
• Humedad relativa de operación: < 95%
• Concentración de oxígeno (O2) en operación: 21% (2% mínimo) (La concentración de oxígeno modifica la sensibilidad)
• Salida análoga
• Material sensible: SnO2
• Voltaje de alimentación: 5 V ±0.1
• Resistencia del calefactor: 33 Ω ±5%
• Potencia consumida por el calefactor: < 0.8 W

4.2. Sensor de flama:

Permite detectar la existencia de combustión por la luz emitida por la misma. Esta luz puede ser detectada por un sensor óptico, y ser capturado por las entradas digitales y las entradas analógicas.

La llama es un fenómeno de emisión de luz asociado a los procesos de combustión. La combustión es un proceso que desprende grandes cantidades de energía en forma de calor. Durante la reacción se generan compuestos intermedios que liberan parte de su energía mediante la emisión de luz.

El espectro de emisión de llama depende de los elementos que intervienen en la reacción. En el caso de combustión de productos con carbón en presencia del oxígeno tenemos dos picos característicos en ultravioleta en longitudes de onda de 185nm-260nm y en infrarrojo en longitudes de onda 4400-4600nm.

4.3. Puerta AND 7408

El TTL 7408 es un circuito que contiene puertas lógicas AND. Este presenta 4 puertas, dos entradas por puerta y una capsula DIP 14 pins.

En este cuadro podemos observar las características técnicas de este puerta lógica:

Parámetro	7408	74LS08	74S08	UNIDAD
Tensión de Cashampeo Vcc	5 ±0.25	5 ±0.25	5 ±0.25	V
Tensión de entrada nivel rodilla VIH	2.0 a 5.5	2.0 a 7.0	2.0 a 5.5	V
Tensión de entrada nivel janiwi VIL	-0.5 a 0.8	-0.5 a 0.8	-0.5 a 0.8	V
Tensión de salida nivel alto VOH condiciones de funcionamiento: VCC = 4.75, VIH = 2.0	2.4 a 3.4	2.7 a 3.4	2.7 a 3.4	V
Tensión de salida nivel bajo VOL condiciones de funcionamiento: VCC = 4.75, VIL = 0.8	0.2 a 0.4	0.35 a 0.5	máx 0.5	V
Corriente de salida nivel alto IOH	máx -0.8	máx -0.4	máx -1	mA
Corriente de salida nivel bajo IOL	máx 16	máx 8	máx 20	mA
Tiempo de propagación	15.0	9.0	5.0	ns

Pin 1: La entrada A de la compuerta 1.
Pin 2: La entrada B de la compuerta 1.
Pin 3: Aquí veremos el resultado de la operación de la primer compuerta.
Pin 4: La entrada A de la compuerta 2.
Pin 5: La entrada B de la compuerta 2.
Pin 6: Aquí veremos el resultado de la operación de la segunda compuerta.
Pin 7 Normalmente GND: Es el polo negativo de la alimentación, generalmente tierra.
Pin 8: Aquí veremos el resultado de la operación de la cuarta compuerta.
Pin 9: La entrada B de la compuerta 4.
Pin 10: La entrada A de la compuerta 4.
Pin 11: Aquí veremos el resultado de la operación de la tercer compuerta.
Pin 12: La entrada B de la compuerta 3.
Pin 13: La entrada A de la compuerta 3.
Pin 14 Normalmente VCC: Alimentación, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación de 5 ± 0.25 voltios.

4.4. PUERTA OR 7432

Al igual que otras compuertas lógicas, la Compuerta OR ó “O” posee dos entradas como mínimo y la operación lógica, será una suma entre ambas. Aquí podemos ver que la operación aritmética no coincide con la lógica ya que la ultima condición de la tabla de verdad es 1+1=1 y en la operación aritmética seria 1+1=2. La operación lógica O es inclusiva; es decir que la salida es alta si una sola de las entradas es alta o inclusive si ambas lo son. Es decir, basta que una de las entradas sea 1 para que su salida también lo sea. Deben ser altas A “o” B o ambas al mismo tiempo, para que la salida sea alta.

Este es un ejemplo de un empaquetamiento adecuado de puertas OR en forma de circuito integrado.La salida es alta cuando cualquiera de las entradas A ó B o ambas, son altas. Esto es diferente desde el punto de vista de la lógica del OR.

4.5. PUERTA NOT 7404

Compuerta negadora o NOT se trata de un amplificador inversor, es decir, invierte el dato de entrada y lo saca sobre una salida de baja impedancia, que admite la carga de varias compuertas en paralelo, o de un display de baja impedancia; por ejemplo si se pone su entrada a 1 (nivel alto) se obtiene una salida 0 (o nivel bajo), y viceversa. Esta compuerta dispone de una sola entrada que llamaremos A. Su operación lógica genera una salida S igual a la entrada A invertida

        

El circuito integrado que contiene la compuerta NOT, es el 74LS04, el cual posee internamente 6 compuertas NOT, como se muestra en la figura, hay que tener en cuenta que el pin 7 debe estar conectado a Tierra (GND) y el pin 14 a Positivo (Vcc)

5. Procedimiento paso a paso dando solución al            problema

5.1.   TABLA DE VERDAD
Primero haremos la tabla de verdad para fijar y colocar las condiciones que se deben de cumplir.
  

CM	H	F	S
0	0	0	0
0	0	1	0
0	1	0	0
0	1	1	1
1	0	0	1
1	0	1	1
1	1	0	1
1	1	1	1

       Donde: 

       CM : Control maestro

        H: Hum

        F : Flama

        S: Salida

               5.2. TABLA DE KARNAUGH

                 Para esta parte usamos las condiciones para que el circuito las cumpla cuando se requieran.

Formación de los grupos específicos que se usaran en el circuito.

Gráfico de las puertas lógicas, y donde se van a necesitar.

5.3. SIMULACIÓN

Ahora necesitamos hacer la simulación correspondiente del circuito para evitar daños en el prototipo.

   ^{Para la simulación utilizamos el programa liveware.}

En esta simulación del circuito podemos ver las conexiones con los sensores con las puertas logicas y en algunos casos con la fuente también.

Implementación física del circuito y demostración de funcionamiento.

Después de realizar la simulación del circuito, pasamos a conectar físicamente el proyecto.

6. Video explicativo

7. Observaciones

• Reconocimos que es necesario verificar la señal de los sensores ya que no siempre estos envían una señal digital 0 cuando están inactivos.
• Verificar el estado de las puertas lógicas, para que este no se un problema en la automatización del sistema de seguridad.

8. Conclusiones

• Automatizamos el sistema de seguridad contra incendios para un casa mediante el uso de sensores y puertas lógicas.
• Logramos hacer el uso de actuadores dentro de este sistema de seguridad digital.
• Mediante este sistema se pueden prevenir accidentes e incendios de mayor magnitud en una casa.

9. Integrantes 

    Anthony Pezo            Johan Nuñez            Hector Miranda