UNIVERSIDAD DEL CAUCAFACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES Programa de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones DETECTOR DE MOVIMIENTO CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL Circuitos Analógicos I Ing. Víctor Moncayo Primer Periodo de 2015 Elkin Fernando Terán Gómez Código: 100612010615 José Alejandro Vargas Gutiérrez Código: 100613010660 Sebastian David Ossa Hernández Código: 100613010407 Popayán, Sábado 6 de Junio de 2015 .Conclusiones…………………………………………………………………….....Tabla De Contenido: 1.3 2.9 7..Especificaciones…………………………………………………………………5 3.Recomendaciones……………………………………………………………….Componentes Del Circuito…………………………………………………….Diagrama Circuital Completo………………………………………………….6 5.………………………………………………………….Cálculos Teóricos….6 6..6 4.Marco Teórico…………………………………………………………………….9 . de fácil acceso y cuentan con las protecciones necesarias para su correcto funcionamiento y durabilidad.1.MARCO TEORICO Amplificador Operacional Un amplificador es un dispositivo activo diseñado para realizar operaciones matemáticas de suma. diferenciación e integración. Regulador de Voltaje LM78XX (Circuito Integrado) La familia de circuitos integrados LM78XX son reguladores de voltaje encapsulados con polaridad positiva. en osciladores. en circuitos de filtrado y en muchos tipos de circuitos de instrumentación. resta. Estos integrados son muy útiles ya que son pequeños. utilizado para limitar el paso de la corriente. En este caso se utilizara el encapsulado 4558D que consta de dos amplificadores operacionales de propósito general. Resistor El resistor es un elemento pasivo eléctrico. . multiplicación. división. Los usos típicos del amplificador operacional son proporcionar cambios en la amplitud del voltaje (amplitud y polaridad). Los instrumentos que miden la temperatura de un cuerpo en función de la radiación luminosa que este emite. se llaman pirómetros de radiación total. pues. se denominan pirómetros ópticos de radiación parcial o pirómetros ópticos y los que miden la temperatura captando toda o una gran parte de la radiación emitida por el cuerpo. se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. la temperatura de un cuerpo a distancia en función de su radiación. Sensor Piro Eléctrico Los pirómetros de radiación se fundamentan en la ley de Stefan-Boltzman. Para este proyecto se utilizara un relé que trabaje a 12V. Fue inventado por Joseph Henry en 1835. Los pirómetros de radiación miden. por medio de una bobina y un electroimán. . que dice que la intensidad de energía radiante (en J/s por unidad de area) emitida por la superficie de un cuerpo. Al sensor se le coloca un lente Fresnel para ganar ángulo de visión y así obtener un mejor resultado. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que.Relé El relé o relevador es un dispositivo electromecánico. aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta (Kelvin). esto gracias a las cargas que acumula entre sus placas. Capacitor Es un elemento pasivo eléctrico capaz de almacenar energía en forma de campo eléctrico. el cual se puede variar según los valores de los elementos de la configuración. Para este proyecto se utilizará un diodo de conmutación y uno de rectificación.Circuito Integrado NE555 El IC 555 es un temporizador que tiene la capacidad de generar pulsos en su configuración monostable o generar oscilaciones en su configuración astable. Entre sus aplicaciones más generales se utiliza para activar una salida durante un determinado tiempo.ESPECIFICACIONES Diseñar un circuito detector de movimiento con amplificadores operacionales de propósito general. . Diodo El diodo es un elemento electrónico que permite la circulación de corriente en un solo sentido. 2. separadas por un dieléctrico. El circuito deberá encender un bombillo por un determinado periodo de tiempo cuando detecte la presencia o el movimiento de un cuerpo dentro de su área de visión. utilizando las configuraciones vistas en clase. Componentes Del Circuito Circuito Integrado NE555 Amplificador Operacional JRC4558 Transistor 2N2222A Relé a 12VDC/120VAC Resistores ½ . 5. 1N4004 (Rectificador) Regulador LM7812 Sensor Piroeléctrico PIR HC-SR501 4. debe haber un nivel de voltaje “alto” cuando el sistema está en reposo. y una conmutación hasta 0V cuando el sistema detecta movimiento para que este se active y empiece la temporización. El PIR HC-SR501 es un sensor que viene optimizado de fábrica.3.3V cuando detecta movimiento. esto significa que entrega un voltaje de 0V cuando está en reposo y un pulso de 3. esto significa que en el trigger (pin 2 y entrada de señal del IC NE555).DIAGRAMA CIRCUITAL COMPLETO En la siguiente ilustración se puede observar cada uno de los componentes que conforman el circuito. El circuito integrado NE555 se activa con un disparo a tierra. uno en la etapa de retardo y una característica del sensor PIR. . ¼ Watt Capacitores Bombillo de 120VAC Diodos 1N4148 (Switching). además de contar con dos potenciómetros para ajustar la sensibilidad del sensor y el retardo del pulso.CALCULOS TEORICOS Para diseñar el detector de movimiento con amplificadores operacionales se parte de dos detalles importantes. . además es preciso tener en cuenta que para esta configuración 𝑅1 = 𝑅𝑃 . si 𝑉𝑆 = 3. entonces: +𝑉𝑆𝐴𝑇 = 90% ∗ 12 𝑉 = 10. así que se conecta cada pin como se ilustra a continuación. teniendo en cuenta los aspectos ya mencionados. El siguiente paso para el diseño es configurar el IC NE555 como multivibrador monostable. entonces se escoge un voltaje de referencia que este entre los dos valores: 𝑉𝑅𝐸𝐹 = 1 𝑉 El circuito se alimentara con 12V.3V. se coloca un diodo de conmutación 1N4148 en la salida para evitar el paso de cualquier señal en esta condición. entonces se escoge: 𝑅1 = 𝑅𝑃 = 1𝐾 Ω Por tener total seguridad de que el voltaje de salida será 0 𝑉 cuando se detecte movimiento. entonces: −𝑉𝑆𝐴𝑇 = 90% ∗ −𝑉𝐸𝐸 = 0 𝑉 → 𝑉𝐸𝐸 = 0 𝑉 (𝐺𝑁𝐷) Para que el amplificador operacional trabaje correctamente.Así pues. debe aparecer 0 𝑉 en la salida. se necesita un sistema en el que aparezca un voltaje positivo cuando está en reposo y aparezca 0V cuando se detecte movimiento. los resistores asociados a su configuración deben estar en el orden de los Kilo-Ohms. Para el funcionamiento del detector de nivel inversor se tiene lo siguiente: Si 𝑉𝑆 < 𝑉𝑅𝐸𝐹 → 𝑉𝑂 = +𝑉𝑆𝐴𝑇 Si 𝑉𝑆 > 𝑉𝑅𝐸𝐹 → 𝑉𝑂 = −𝑉𝑆𝐴𝑇 En este caso 𝑉𝑆 solo puede tomar dos valores.8 𝑉 Como se mencionó anteriormente.3 𝑉. lo que hace muy apropiado utilizar un amplificador operacional en configuración de DETECTOR DE NIVEL INVERSOR. 0V y 3. Los pines 4 y 8 van a 𝑉𝐶𝐶 . Para proteger el circuito se conecta un diodo 1N4004 entre 𝑉𝐶𝐶 y el colector. el pin 1 va a tierra. El relé está conectado entre 𝑉𝐶𝐶 y el colector. . El pin 2 es la entrada de señal y el pin 3 es la salida del pulso. que será capaz de conmutar para encender un bombillo de 120 𝑉𝐴𝐶.48 𝑠𝑒𝑔 Por último se hace la conexión del relé. Para utilizar el relé se conecta a la salida del IC NE555 un transistor NPN 2N2222 con una resistencia de 1𝐾 Ω en la base. En este orden de ideas se escogió un resistor de 680𝐾 Ω y un capacitor de 10𝜇 𝐹 para obtener un retardo aproximado de 7 𝑠𝑒𝑔. Para ajustar el tiempo del pulso de salida se tiene la siguiente ecuación: 𝑡 = 1.1 ∗ 680𝐾 Ω ∗ 10𝜇 𝐹 = 7. de lo contrario la salida del transistor será 𝑉𝐶𝐶 y la diferencia de potencial en el relé será de 0 𝑉. la salida del transistor será tierra y el relé se activara.1 ∗ 𝑅 ∗ 𝐶 Así que variando el resistor y el capacitor de la configuración monostrable del IC. Entre los pines C (Común) y NO (Normalmente Abierto) del relé. se conecta un bombillo en serie con la alimentación domiciliaria. que funcionara como conmutador. sale un resistor en pull-up y un capacitor a tierra. se puede ajustar el tiempo de retardo. Cuando haya un pulso en la salida del IC NE555. emisor a tierra y salida en colector. los pines 6 y 7 se cortocircuitan. haciendo que este inactivo. 1. 3V con un pulsador. 7. desde un simple sistema para encender un bombillo casero hasta complejos sistemas de seguridad. Para la simulación del sensor PIR se conectó una fuente de 3. . A continuación se ilustra el diagrama circuital completo con todos los valores de los elementos. 6. alimentado con una etapa de rectificación desde la red domiciliaria.RECOMENDACIÓN Realizar una correcta calibración de los resistores variables del sistema piroeléctrico.CONCLUSIONES En esta práctica se observó el comportamiento de los sensores de movimiento constituidos por un sensor de tipo piroeléctrico. El costo de fabricación de estos sensores resulta económico y de alta usabilidad. El circuito diseñado tiene muchas aplicaciones en la vida cotidiana. ya que el 4558D aparecía como modelo no simulable. Para obtener la fuente regulada que alimenta al circuito se utilizó el circuito integrado LM7812.De esta manera se satisfacen todos los requerimientos del sistema. Para obtener el voltaje de referencia que entraba en el terminal no inversor del amplificador operacional se hizo un divisor de voltaje con dos resistores de 10𝐾 Ω y 1K Ω. La simulación aparece con el LM741.