SEÑORES PADRES DE FAMILIA Y JÓVENES.
ESTA SEMANA INICIAN LOS EXAMENES.
IMPRIMIR LA PRÁCTICA Y COMPRAR EL MATERIAL PARA EL DÍA LUNES 15 DE OCTUBRE.
PRACTICA NO. 4
“CONTROL DE RIEGO AUTOMÁTICO”
OBJETIVO:
Conoce
el funcionamiento del integrado 4060 como sistema de conteo en combinación con
el amplificador operacional.
ASPECTOS TEÓRICOS
Integrado
contador HCF4060BE. Al parecer, el integrado permite manejar corrientes alta
(suficiente para encender los leds) en sus pines de salida, tanto en el estado
lógico 0, como en el estado lógico 1. En electrónica digital, Un
contador (counter en inglés) es un circuito secuencial construido
a partir de biestables y puertas lógicas capaz de
realizar el cómputo de los impulsos que recibe
en la entrada destinada a tal efecto,
almacenar datos o actuar como divisor de frecuencia. Habitualmente, el cómputo
se realiza en un código binario, que con
frecuencia será el binario natural o el BCD
natural (contador de décadas).
Clasificación
de los contadores
- Según la forma en que conmutan los biestables, podemos hablar de
contadores síncronos (todos los biestables conmutan a la vez, con una
señal de reloj común) o asíncronos (el reloj no es común y los biestables
conmutan uno tras otro).
- Según el sentido de la cuenta, se distinguen en ascendentes,
descendentes y UP-DOWN
(ascendentes o descendentes según la señal de control).
- Según la cantidad de números que pueden contar, se puede hablar de
contadores binarios de n bits (cuentan todos los números posibles de n
bits, desde 0 hasta
), contadores BCD (cuentan del 0 al 9) y contadores Módulo N
(cuentan desde el 0 hasta el N-cuarto.
El número máximo de estados
por los que pasa un contador se denomina módulo del contador. Este número viene
determinado por la expresión 2^n donde n indica el número de bits del contador.
Ejemplo, un contador de módulo 4 pasa por 4 estados, y contaría del 0 al 3. Si
necesitamos un contador con un módulo distinto de 2^n, lo que haremos es añadir
un circuito combinacional.
AMPLIFICADOR OPERACIONAL (358): El concepto original del AO (amplificador
operacional) procede del campo de los computadores analógicos, en los que
comenzaron a usarse técnicas operacionales en una época
tan temprana como en los años 40. El nombre de amplificador operacional
deriva del concepto de un amplificador dc (amplificador acoplado en
continua) con una entrada diferencial y ganancia extremadamente alta, cuyas
características de operación estaban determinadas por los elementos de
realimentación utilizados.
Cambiando
los tipos y disposición de los elementos de realimentación, podían
implementarse diferentes operaciones analógicas;
en gran medida, las características globales del circuito estaban determinadas sólo
por estos elementos de realimentación. De esta forma, el mismo amplificador era
capaz de realizar diversas operaciones, y el desarrollo gradual de
los amplificadores operacionales dio lugar al nacimiento de una nueva era en
los conceptos de diseño de circuitos.
Materiales
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Cantidad
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Descripción
Por alumno
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Proporcionado por:
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Institución
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Alumno
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1
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Protoboard
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X
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1
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Metro de
alambre para protoboard No. 22
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X
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1
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Porta pila
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|
X
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|
1
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Pila 9 volts
o fuente de alimentación
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|
X
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|
1
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Potenciómetro
de 1 megaohm
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|
X
|
|
2
|
Resistencias
de 47 kilohm a ½ watt
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|
X
|
|
1
|
Resistencia
de 2.2 megahom a ½ watt
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|
X
|
|
1
|
Condensador
de 22 nanofaradios a 50 volts
|
|
X
|
|
1
|
Diodo 1N4148
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|
X
|
|
1
|
Circuito
integrado 4060B
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|
X
|
|
1
|
Condensador
de 4.7 nanofaradios
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|
X
|
|
3
|
Resistencias
de 100 kilohm a ½ watt
|
|
X
|
|
3
|
Resistencias
de 150 kilohm a ½ watt
|
|
X
|
|
1
|
Circuito
integrado (amp. Operacional) LM358
|
|
X
|
|
2
|
Resistencias
de 22 kilohm a ½ watt
|
|
X
|
|
1
|
Potenciómetro
de 50 kilohm
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|
X
|
|
1
|
Condensador
de 47 nanofaradios
|
|
X
|
|
2
|
Resistencias
de 10 kilohm a ½ watt
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|
X
|
|
1
|
Transistor BD
135
|
|
X
|
|
1
|
Transistor
TIP 31
|
|
X
|
|
1
|
Condensador
de 100 nanofaradios
|
|
X
|
|
1
|
Diodo 1N4001
|
|
X
|
|
1
|
Motor de cd
de 6 volts
|
|
X
|
|
1
|
LDR
|
|
X
|
PROCEDIMIENTO
1.- verificar
que se cuente con el material solicitado para la práctica.
2.- En el protoboard,
armar con cuidado el circuito del diagrama correspondiente.
3.- Al realizar
las conexiones, tener cuidado con colocar el circuito integrado, el LM 358 ya
que los pines vienen muy sensibles en la parte que viene pegada al bloque.
4.- Verificar que
entren bien al protoboard, para que se tenga una buena conexión.
5.- conectar
los demás componentes, de acuerdo al diagrama, tener cuidado con las
polaridades de los capacitores electrolíticos, los diodos y el motor.
6.- Una vez
armado el circuito, verificar nuevamente conexiones.
7.- Conectar la
fuente de alimentación y seleccionar 9 volts.
8.- Conectar la
fuente de alimentación a las terminales del protoboard.
9.- Mover los
potenciómetros y observar que sucede en la salida (motor)
12.-Observa con el osciloscopio la señal a la
entrada y a la salida de los circuitos integrados y dibújala:
13.- Una vez
identificado el funcionamiento, desconectar todo.
DIAGRAMA
FUNCIONAMIENTO:
El
4060 es un contador de 16 bits, con oscilador incorporado en la misma pastilla
que se emplea como oscilador temporizador. Este integrado es el que se encarga
de temporizar el funcionamiento de la bomba, en otras palabras, el tiempo que
durará el riego. Para alterar ese tiempo basta con actuar sobre el
potenciómetro de 1M el cual conviene que sea del tipo lineal para que la
respuesta en todo su cursor sea la misma. El reset del contador se lleva a cabo
subiendo a positivo la pata 12, que sucede en dos posibilidades: Cuando se
conecta la alimentación (arranque) gracias al capacitor de 4.7nF o bien al
hacerse positiva la salida del operacional B. Esto último se produce cuando se
detecta la falta de luz (ver mas adelante). La salida Q14 se pone alta cuando la
cuenta llega a 8912, conduciendo tensión el diodo 4148 y haciendo que el
oscilador se detenga. Al detenerse el oscilador la cuenta se paraliza en el
valor alcanzado y habrá terminado el tiempo de riego. Esto se vuelve a cero y
se habilita nuevamente el conteo al llegar el próximo amanecer. Las resistencias
puestas a masa y a Vcc se emplean para establecer los niveles adecuados de
tensión en cada punto del circuito.
El
circuito se alimenta con 12v y consume una corriente de 500mA en
funcionamiento. Este consumo corresponde solamente al sistema electrónico.
Habrá que sumarle el consumo de la bomba eléctrica que generalmente consume
unos tres a cuatro amperios. Si se desea regar una gran superficie se puede
optar por colocar un relé en lugar del motor y accionar una o varias bombas
eléctricas de 220V que rieguen cada sector del jardín. El transistor TIP debe
ser montado con un disipador de calor. El foto resistor (LDR) debe ser apuntado
hacia el cielo y lejos del alcance del foco de una lámpara u otro artefacto de
iluminación que haya en la zona, para evitar que no detecte correctamente la
noche. Los potenciómetros son ambos lineales, como ya se dijo y pueden ser
sustituidos por resistencias variables para evitar que salgan del gabinete el
cual debe ser del tipo estanco para exteriores. Es interesante colocar en
paralelo con el motor un diodo LED rojo intermitente con su resistencia
limitadora de corriente (1K o similar) para indicar el funcionamiento del
sistema y otro en paralelo con la alimentación para indicar que está activado.
Esto nos permitirá detectar problemas y nos facilitará la instalación y control
periódico del sistema en general sin ser necesario abrir la tapa. Una opción
interesante (que la hemos implementado recientemente y funciona muy bien) es
usar una válvula de paso eléctrica como las que usan los lavarropas para
regular el paso del agua al sistema de lavado. Estas válvulas son esencialmente
solenoides que en estado de reposo no dejan pasar el agua, pero cuando se les
da220V hacen las veces de una canilla abierta. No le suman presión al sistema,
pero en la mayoría de los casos sirven perfectamente. Si se tiene un tanque
cisterna la opción ideal es colocar un bombeador de 220V del tipo utilizado
para elevación de agua el cual se encargue de llevar riego hacia los
rociadores. Recuerde prestar atención a la altura de los caños porque si se
colocan los caños por debajo del nivel del tanque por más que la bomba esté
detenida por propia presión de caída el agua fluirá hacia las salidas. Es
necesario colocar un flotante eléctrico que impida el funcionamiento del motor
cuando no hay agua en el tanque para evitar que se queme el motor en caso de
estar vacía la cisterna. Estos flotantes accionan un interruptor de tres
puntos. En nuestro caso hay que conectarlo en serie con el motor de manera que,
cuando el cable que sujeta los flotantes esté totalmente extendido (tanque
vacío) el circuito se abra y no permita el funcionamiento del mismo.
CONCLUSIONES Y
OBSERVACIONES
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CUESTIONARIO
1.- ¿Cuál es la
función que tienen en el circuito el integrado 4060B?
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2.- ¿Qué sucede
en el circuito cuando se mueve el potenciómetro?
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3.- ¿Qué sucede
en el circuito cuando no hay luz en el LDR?
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4.- ¿Qué sucede
cuando deja de funcionar el oscilador?
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5.- Menciona 3 lugares
donde aplicarías el circuito?
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