Circuito Controlador de Ascensor

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INFORMÁTICA
Proyecto:
“Circuito Controlador de Ascensor en
Miniatura”
Integrantes:
REAÑO ORTEGA GERARDO
VALDIVIESO CASTILLO CLAUDIA
ZARATE FLORIAN CARLOS
Curso:
“Técnicas Digitales para Computación”
Trujillo – Perú
2009
Introduccion:
La lógica digital es un área de la matemática aplicada a la electrónica. Esta es
la base de los sistemas digitales, gracias a esta base es que hemos logrado
desarrollar un circuito que actúa según las situaciones posibles de nuestro
problema, el cual consiste en el control automático de todas las funciones de
un ascensor.
Además con la utilización de componentes electrónicos como diodos,
transistores y relés es posible implementar un circuido completo capaz de
controlar un ascensor en miniatura.
En el presente informe veremos detalladamente la forma desde, el punto de
vista de la lógica digital, el desarrollo de un circuito y mecanismo basado en
estados lógicos, que determina el funcionamiento de un elevador basado en
las diferentes situaciones posibles, como por ejemplo cuándo un ascensor
tendría que elevarse y cuándo descender, dependiendo de la ubicación del
posible ocupante que en este caso podría estar en el 1ro, 2do o 3er piso
pero no en dos pisos a la vez.
Además desarrollamos un circuito para el funcionamiento de las puertas del
ascensor que actúa dependiendo si una persona aun no ha subido al
ascensor.
En general este proyecto tiene como objetivo experimentar y demostrar la
aplicación de los sistemas digitales de forma práctica y cotidiana como lo es
un ascensor.
Las adaptaciones de los sistemas digitales en la actualidad divergen en
distintas ramas y se extiende con gran magnitud, este es solo un ejemplo de
cómo es que la electrónica digital es cada vez más necesaria para
automatizar cada aspecto de la vida.
LOS AUTORES.
Diagrama de Bloque del Sistema
3
Display
4
CCPi
1
P3
2
C
X3
P2
A
CSE
X2
X1
D
E
CCSB
B
P1
Subir
6
LEYENDA
1. Pulsadores de Piso:



P3
P2
P1
–Piso 3
– Piso 2
– Piso 1
2. CSE
– Circuito Selector de entrada.
3. CCPi
– Circuito Controlador de Piso.
4. Display – Ánodo Común.
5. CCSB
– Circuito Controlador de Subida y Bajada.
6. CCM
– Circuito Controlador de Motor.
7. CCPu
– Circuito Controlador de Puerta.
CCM
Bajar
7
5
Puerta
CCPu
Costos y Materiales
10
9
8
3
2
5
9
3
4
1
14
Precio x
Unidad (S./)
1
0.5
0.8
1
1
1
1
1
1
1
0.1
Precio
Total(S/.)
10
4.5
6.4
3
2
5
9
3
4
1
1.4
3
2
6
1
6
6
1
1
10
4
4
1
6
8
1
6
3
24
8
10
0.8
0.6
8
4
1
2.5
0.5
2.5
2.5
0.1
0.1
0.1
2.5
0.4
0.5
10
4.8
3.6
8
4
10
10
2
2.5
15
0.8
0.1
0.6
7.5
9.6
4
S/. 147.8
Componentes
Descripción
Cantidad
Acido Férrico
Bornes
Bornes
Cable UTP
CI TTL
CI TTL
CI TTL
CI TTL
CI TTL
CI TTL
Diodo NP
50 ml
dobles
triples
8 líneas
74LS74
74LS04
74LS08
74LS32
74LS86
74LS47
1N4148
Ánodo
Común
5 voltios
Display
Fuente
Hilo de Estaño
Conector Molex
dobles
Motor CC
5 voltios
Pasta para soldar
PCB
10 x 10 cm
Plumón Indeleble OHP-CD 421-F
Pulsadores
NA
Relé doble
5 voltios
Relé simple
5 voltios
Resistores
330Ω
Resistores
10 kΩ
Resistores
68Ω
Sensor de Contacto
Sockets
14 pines
Transistor (NPN)
2N2222
TOTAL
Cuadro Nº1: Costos y materiales
Descripcion de los Componentes
Pulsadores:
En el siguiente esquema se aprecia claramente cuál es
el funcionamiento de este tipo de sensores que
constan de un “botón” (que es la parte roja de la
imagen) el cual al ser pulsado para dentro cierra el
interruptor interno del sensor.
Sensor de Contacto:
Es uno de los dispositivos más simples ya que son
interruptores que se activan si están en contacto.
En cuanto a su funcionamiento, también es muy sencillo: en
estado de reposo la patilla común (C) y la de reposo (R) están
en contacto permanente hasta que la presión aplicada a la
palanca hace saltar la pequeña pletina acerada interior y
entonces el contacto pasa de la posición de reposo a la de activo (A).
Relé:
Dispositivo electromecánico consta de una bobina envuelta en
un núcleo, al pasar una pequeña corriente por la bobina esta se
imanta y atrae al contacto.
Hay que aclarar que estos dispositivos no tienen polaridad.
Transistor:
Dispositivo semiconductor que permite el control y la
regulación de una corriente grande mediante una señal muy
pequeña. Consta de tres pines: Emisor, Base y Colector.
Display:
Los dispositivos prácticos de Display de siete segmentos deben disponer
como mínimo de ocho terminales de conexión exterior; siete de ellos
proporcionan acceso a los segmentos fotoeléctricos individuales, y el
octavo proporciona una conexión común a todos los segmentos.
Diodo:
Dependiendo de cómo polaricemos el Diodo, se
comportará como interruptor cerrado (conductor) o
interruptor abierto (aislante).
La franja alrededor del diodo indica que ese es el Cátodo (-).
Circuitos Integrados:
CI 74LS04 (NOT)
̅
Y=𝑨
CI 74LS08 (AND)
CI 74LS86 (XOR)
Y=𝑨 ⊕ 𝑩
CI 74LS74 (Flip –Flop D)
Y=A · B
CI 74LS32 (OR)
Y=A + B
CI 74LS47 (BCD/7 segmentos)
Descripcion del Circuito
La idea es construir un circuito electrónico utilizando compuertas lógicas y otros componentes
adicionales, para el control automático de todas las funciones de un ascensor. Para tener un
modelo solo se trabajó en base a 3 pisos, esto nos dará una idea clara de cómo funciona el
circuito, pudiendo así extenderlo a mas pisos si se desea, pero el hecho de trabajar solo con 3
pisos también implica tener en cuenta mucha variables como por ejemplo: Si el ascensor esta en
1º piso y la persona en el 3º, este debe de subir dos pisos y abrir la puerta, o si el ascensor esta en
el 2º piso y la persona también , la puerta debe de abrirse inmediatamente. Si consideramos todas
las posibles situaciones, tendremos 9 casos en total.
Como el circuito estará construido a base de compuertas lógicas es necesario convertir cada uno
de los casos a unos y ceros, como se muestra el cuadro.
ENTRADAS
Activos
A
Ubicación
B
C
D
E
SALIDAS
𝑨𝟏
𝑨𝟐
𝑨𝟑
Puerta
Subir
Bajar
1º Piso
1
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
1
2º Piso
1
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
3º Piso
0
1
1
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
1
0
0
Cuadro Nº2: Situaciones posibles y respuestas del circuito
Entradas:
 Activos:
Para las entradas A y B se le asigno un código de identificación como se
aprecia en el cuadro. Más adelante se explicará cómo es que con ayuda de
un flip-flop D y componentes adicionales logramos estas entradas al
circuito que controlará toda las funciones del ascensor
 Ubicación:
Las variables C, D y E, representaran respectivamente la posición en la que
se encuentra ubicado el ascensor es decir :
o C – indicará que el ascensor se encuentra en el primer piso.
o D – indicará que el ascensor se encuentra en el segundo piso.
o E – indicará que el ascensor se encuentra en el tercer piso.
En el cuadro se muestra, por ejemplo , la secuencia :
C
1
D
0
E
0
o Esto indica que el ascensor se encuentra ubicado en el 1º piso, se
aprecia que se representa con un 1 la presencia del ascensor y con 0
si es en caso contrario.
o De esta manera se puede definir el cuadro, ya que nunca se dará el
caso de que el ascensor se encuentre en dos pisos a la vez.
Más adelante se explicara detalladamente cómo se logra estas entradas al
circuito controlador.
Salidas:
 Puerta:
La salida del circuito puerta solo será 1 cuando el ascensor se encuentre
en el mismo piso en el que fue presionado el pulsador de llamada, en
cualquier otro caso la salida será 0.
 Subir:
Las salidas del circuito de subida (subir) solo será 1 cuando el ascensor se
encuentre en alguna posición inferior al piso donde se efectuó la llamada.
 Bajar:
Las salidas del circuito de bajada (bajar) solo será 1 cuando el ascensor se
encuentre en alguna posición superior al piso donde se efectuó la llamada.
Funcionamiento
 Del diagrama de bloques, el circuito será explicado detalladamente.
Parte Nº 1 (Circuito indicador de Pulsador Presionado (Pulsadores
de Piso)
P3
Relé 3
X3
X2
P2
X1
Relé 2
P1
Relé 1
Figura Nº1
P1, P2 y P3 son pulsadores normalmente abiertos, un pin está conectado a una fuente de 5
voltios, y el otro pin está conectado a la entrada CLK del Flip-Flop D correspondiente, el tipo de
Flip-Flop que se utilizó se activa por flanco de subida (↑), para asegurarnos que la entrada del
CLK se encuentre en nivel bajo se colocó una resistencia de 68 Ω y se conecto a tierra, y la
entrada D del Flip-Flop fue conectado directamente a 5 voltios, de esta forma se logro que
cuando el pulsador sea presionado la entrada D pase a la salida Q, como el FF posee memoria
la salida se mantendrá en 1 lógico, así ya se halla dejado de presionar el pulsador. Esta salida
activara los relés adyacentes, para que solo pase una entrada a la vez. Por ejemplo:
o
Si se presiona el pulsador P2, los relés 1 y 3 quedan activados, porque la corriente
que pasa por el relé2 hacia la salida X2, también llegará a saturar la base del
transistor, al saturarse la base este cerrar el circuito y las bobinas de los relés 1 y 3
se energizaran.
 De esta forma se logra que solo una de las salidas X3, X2 y X1 tenga un 1 lógico el cual
ingresara al circuito selector de entrada.(Ver figura Nº1)
Parte Nº2 (Circuito Selector de entrada)
X3
X2
X1
A
B
Figura Nº2

Este circuito combinacional denominado “Circuito selector de entrada” lo que hará es
darnos como salidas A y B el código de identificación asignado como parte de la entrada al
“Circuito Controlador de Subida y Bajada”.
Parte Nº3 (Circuito Controlador de Piso)

Este circuito denominado “Circuito Controlador de Piso”, su estructuración es muy
parecida a la Parte Nº1 explicada anteriormente.
Figura Nº3
 C, D y E (input) son entradas de los sensores de contacto que están colocados
estratégicamente en el diseño estructural del prototipo del ascensor.
 Lo que se consigue con esta configuración de transistores, diodos y relés es que solo se
envié una señal a la vez.
 C, D y E (output) son las salidas que serán entradas en el “Circuito Controlador de Subida y
Bajada”, y también serán entradas al circuito combinacional que mostrará en un Display en
que piso se encuentra ubicado el ascensor.
Parte Nº4 (Display Ánodo Común)
 Para la visualización del piso en el que se encuentra ubicado el ascensor se construyo el
siguiente cuadro:
C
1
0
0
Entradas
D
E
0
0
1
0
0
1
8
0
0
0
Salidas
BCD
4 2
0 0
0 1
0 1
1
1
0
1
Cuadro Nº3: Cuadro para construir circuito convertidor de código BCD
 Las entradas C, D y E son todas las posibles combinaciones que nos puede dar el “Circuito
controlador de Piso” (Parte Nº3), estas entradas serán convertidas al código BCD.
 Una vez obtenido el código BCD, se utilizo el CI 74LS47 que es un decodificador
BDC/7segmentos, para así poder visualizar la posición del ascensor en un Display.
Figura Nº4
Parte Nº5 (Circuito Controlador de Subida y Bajada)
 Este circuito tiene como entradas las salidas del “Circuito Selector de Entrada” (A y B) y del
“Circuito Controlador de Piso” (C, D y E), de acuerdo a las entradas que tenga este circuito
combinacional las salidas: Subir y Bajar se activaran.
Figura Nº5
 Este circuito combinacional solo permite que las salidas (subir y bajar) se activen una a la
vez.
 Estas salidas serán entradas al “Circuito Controlador de Motor”.
Parte Nº6 (Circuito Controlador de Motor)
1
F1
F2
Relé
2
Figura Nº6
 Para el diseño de este circuito se utilizó un relé doble el cual nos ayudara en el cambio de
la polaridad del motor de corriente continua.
 La fuente 1 (F1) está conectada al emisor del transistor 1, y a la base está conectada a la
entrada “Bajar”, entonces cuando el “Circuito Controlador de Subida y Bajada” tenga como
salidas: Bajar = 1 y Subir = 0 lógico, saturará la base del transistor 1 lo que permitirá cerrar el
circuito y hacer que el motor gire en sentido horario, como se puede apreciar el relé no se
activa ya que la configuración Relé-Transistor 2 es un circuito abierto. Ahora si la salida del
“Circuito Controlador de Subida y Bajada” tendría un 1 lógico en Subir, este saturaría la
base del transistor 2 y también saturaría la base del transistor 1, el resultado de esto sería
que el relé se energice y cambie la polaridad del motor, consiguiendo que el motor gire en
sentido antihorario.
Parte Nº7 (Circuito Controlador de Puerta)
 Circuito combinacional, que solo tendrá un 1 lógico en su salida cuando las entradas A, B,
C, D y E indiquen que el ascensor se encuentra en el mismo piso que fue presionado el
pulsador. (ver figura Nº7)
Figura Nº7
Conclusiones
 Con el presente proyecto se ha podido demostrar que con conocimientos básicos en
sistemas digitales y electrónica digital, hemos desarrollado un circuito completo que cumple
con todas las funciones de un ascensor básico a pequeña escala (miniatura).
 También se ha comprobado que es posible convertir diferentes situaciones o posibilidades
que se pueden dar en el uso de un ascensor, a un sistema binario (1 y 0), y adaptarlo a un
sistema digital.
 Con el presente proyecto nos pudimos dar cuenta que cualquier tipo de problema se puede
modelar de una forma lógica, y llevarlo a una estructura digital y construir una solución para
él.
Recomendaciones
1. Se recomienda que al montar el circuito controlador del ascensor, cada parte sea
alimentada con una fuente general de 5 voltios.
2. Se recomienda manejar un sistema de engranajes para facilitar el movimiento del
ascensor, este sistema nos permitirá que al quitarle la fuente de alimentación al
circuito que controla el motor de subida y bajada, el frenado sea instantáneo.
3. En caso que la velocidad del motor sea excesiva y no se ajuste a la situación, se
recomienda usar un potenciómetro para regularla.
4. Antes de montar los circuitos en el PCB es recomendable probar todos los circuitos
combinacionales en protoboar.
5. Es necesario el uso de sockets para cada uno de los circuitos integrados, ya que las
altas temperaturas del soldador pueden dañar el componente.
6.
Se recomienda usar un regulador de voltaje 7805 para tener una fuente de 5
voltios continuos.
Anexos
1. Circuito indicador de Pulsador Presionado (Pulsadores de Piso)
7
4
L
S
7
4
Relé
simple
Relé
simple
7
4
L
S
7
4
Relé
simple
2. Circuito Selector de Entrada.
74LS08
7
4
L
S
8
6
7
4
L
S
0
4
3.
Circuito Controlador de Piso.
Relé
simple
Relé
simple
Relé
simple
4. Display ( Ánodo Común)
7
4
L
S
8
6
7
4
L
S
0
8
7
4
L
S
0
4
5. Circuito Controlador de Subida y Bajada.
7
4
L
S
7
4
L
S
8
6
7
4
L
S
3
2
0
4
7
4
L
S
7
4
L
S
0
8
0
8
7
4
L
S
8
6
7
4
L
S
3
2
7
4
L
S
0
4
7
4
L
S
0
8
7
4
L
S
0
8
6. Circuito Controlador de Motor
Relé
Doble
7. Circuito controlador de Puerta
7
4
L
S
0
4
7
4
L
S
3
2
7
4
L
S
0
8
7
4
L
S
0
8
7
4
L
S
0
8