ÍNDICE

1. Introducción...................................................................................3

1.1. Motivación del proyecto….…………………………………………………...3

1.2. Antecedentes.…………………………………...........................................4

1.3. Objetivos……………………………………………………………….........12

1.4. Descripción general………………………………………………………...13

2. Diseños……………………………………………………………….14

2.1. Metodología utilizada………………………………………………………..14

2.1.1. Puerto Paralelo………………………………………………………..14

2.1.2. Biestables……………………………………………………………...18

2.1.3. Termistores…………………………………………………………….23

2.1.3.1. NTCs…………………………………………………………23

2.1.3.2. LDRs………………………………………………………….26

2.1.4. Otros sensores resistivos…………………………………………….28

2.1.5. Internet…………………………………………………………………33

2.1.6. Formularios…………………………………………………………….35

2.1.6.1. CGI-BIN………………………………………………………35

2.1.7. Tarjetas de circuito impreso………………………………………….37

2.1.8. Tipos de cables………………………………………………………..38

2.2. Recursos utilizados…………………………………………………………..42

2.3. Descripción del primer diseño………………………………………………46

2.4. Descripción del segundo diseño……………………………………………50

2.5. Descripción del montaje del condensador en el cable apantallado…….51

2.6. Descripción del montaje de las NTCs en el cable apantallado…………54

2.7. Descripción del montaje de las LDRs en el cable apantallado………….56

2.8. Descripción del montaje del jack en el cable apantallado……………….57

2.9. Realización de la tarjeta de circuito impreso……………………………...60

2.10. Mecanizado de la tarjeta de circuito impreso……………………………68

2.11. Soldadura de los componentes a la tarjeta de circuito impreso……….69

2.12. Mecanizado de la caja……………………………………………………..70

3. Resultados……………………………………………………………73

3.1. Ámbito de utilización………………………………………………………...73

3.2. Calibración de los sensores………………………………………………...74

3.3. Descripción funcionamiento programas…………………………………...78

3.4. Aplicaciones del proyecto…...………………………………………………81

4. Comentarios finales………………………………………………….81

4.1. Plan de trabajo……………………………………………………………….81

4.2. Presupuesto…………………………………………………………………..83

4.3. Conclusiones…………………………………………………………………85

4.4. Mejoras futuras……………………………………………………………….85

5. Bibliografía……………………………………………………………87

1. INTRODUCCION

1.1. MOTIVACION DEL PROYECTO

El mundo de la electrónica ha avanzado mucho terreno en muy poco

tiempo, es difícil encontrar alguna empresa por muy pequeña que sea, que no

utilice o tenga un proceso industrial controlado por algún tipo de sistema

electrónico, ya sea en forma de ordenador (para crear nuevos productos, llevar

la contabilidad o realizar las miles de tareas que nos facilitan la manera de

trabajar) o bien en forma de autómatas o cualquier tipo de sistema que sea

capaz de controlar algún proceso específico.

La electrónica digital, no sólo ha entrado en el mundo industrial sino

también en todo lo que nos rodea creando así un mundo de 0 y 1 en nuestro

alrededor.

La realización de este proyecto no es una excepción. La señal digital es

una parte importante a utilizar para la realización del proyecto porque es la que

nos va a comunicar con el ordenador y nos va a permitir alimentar la placa

aunque no hay que olvidar tampoco la parte analógica que es con la que

vamos a interactuar físicamente.

Este tipo de señal tiene unas características muy concretas, únicamente

tiene dos estados alto y bajo, es un señal tipo todo o nada, ceros y unos que se

pueden interpretar de distintas formas y maneras, de forma normal: uno

significa un estado alto mientras que cero significa un estado bajo, de forma

negada: uno significa un estado bajo mientras que cero significa un estado alto.

El estado alto y bajo se pueden interpretar de muchas formas diferentes,

existen diferentes códigos creados que relacionando unos y ceros como puede

ser el código hexadecimal, el código BCD, etc.….

Todos los ordenadores y componentes electrónicos trabajan

internamente con ceros y unos aunque exteriormente les llegue una señal

analógica que es el tipo de señal del mundo real.

Al realizar este proyecto se ha conseguido un sistema de adquisición de

datos a través de sensores resistivos, cuya información va a parar directamente

al puerto paralelo del ordenador, que al mismo tiempo es capaz de alimentar el

sistema, para que el mismo ordenador procese esta información, mostrando el

resultado por pantalla.

La finalidad de este proyecto es la de conseguir un sistema de

adquisición de datos pequeño, no abultado, que no sea un problema para

transportarlo, fácil de utilizar, fácil de programar, fácil de conectar a cualquier

tipo de ordenador ya sea normal o portátil, con un esquema electrónico

sencillo basado en componentes de muy bajo coste y consiguiendo así un

sistema de adquisición de datos que no tiene que responder a ningún tipo de

patente.

Es cierto que si se tuviese que comprar un ordenador nuevo para

realizar el proyecto no seria nada rentable ya que hoy en día se pueden

encontrar pequeños autómatas o microcontroladores por precios bastantes

mas asequibles que un ordenador nuevo, pero como la media de vida de un

ordenador que se queda obsoleto es de unos tres años, que particular o

empresa tiene un ordenador que se le ha quedado obsoleto aunque lo tenga en

perfecto estado y es en ese momento cuando tenemos un gran micro para

poder trabajar pudiendo sacarle el máximo partido.

1.2. ANTECEDENTES

Los proyectos anteriores a este han sido dos, “Aprovechamiento de

ordenadores para prácticas de laboratorio” y “Mejora de prácticas de laboratorio

utilizando entrada y salida digital”, dos proyectos que han resultado muy

prácticos.

El objetivo del proyecto “Aprovechamiento de ordenadores para

prácticas de laboratorio” pretendía construir montajes de laboratorio

controlados de manera automática y con adquisición de datos por ordenador,

utilizando componentes electrónicos e informáticos obsoletos o de bajo coste.

De esta forma pretendía reutilizar de la mejor manera posible aquellos

equipos informáticos que habían quedado obsoletos. El campo donde la

utilización de estos equipos más se requiere es el académico, en primer lugar

porque siempre cuenta con recursos limitados a la hora de comprar material de

laboratorio y en segundo lugar porque el material utilizado en el mundo

académico perdura en el tiempo con breves cambios o modificaciones a los

que los PCs reutilizados pueden responder con facilidad.

Del proyecto “Aprovechamiento de ordenadores para prácticas de

laboratorio”, destacar que en una de las partes del proyecto se hace un estudio

muy interesante sobre las diferentes opciones de conversión de datos

analógicos a digitales que existen y de las diferentes posibilidades que hay en

el mercado. Explica como se recoge la información analógica del mundo real y

como se transforma para poder tratarla desde ordenadores o cualquier tipo de

sistema apto para ello.

Destacar del proyecto las diferentes formas de conversión A/D y D/A:

• Diferencial vs. Single ended:

El número de canales de entrada determina el número de elementos que

pueden conectarse a una interface. Los canales de entrada pueden ser

Diferencial o Single ended.

Una medida de entrada single ended mide el voltaje entre los canales

que entran y la masa del convertidor A/D. Cada canal interno utiliza un interface

con un dispositivo diferente. Para medir un dispositivo debe tener una señal de

salida que puede tomar como referencia la masa del interface. Estos

dispositivos son a menudo referenciados como una variable, condensadores

unidos, aislante o baterías.

Una entrada diferencial mide el voltaje entre dos líneas de entrada. Esto

requiere dos canales de entrada por dispositivo pero tienen dos ventajas por

encima de las entradas single ended. Las entradas diferenciales son

apropiadas para medir dispositivos que no pueden tomar como referencia la

masa del convertidor A/D. La entrada diferencial también puede cancelar el

ruido en modo común o la interferencia de motores, la energía de la líneas AC,

u otras fuentes eléctricas o mecánicas que inyectan ruido en los transductores

o en los cables al convertidor A/D. Midiendo la diferencia entre dos entradas,

los ruidos externos comunes en ambos pueden ser rechazados.

• Convertidor A/D:

El convertidor A/D convierte la señal de entrada en un valor digital. La

precisión de la conversión depende de la resolución lineal del conversor. Los

errores de ganancia y offset del amplificador de entrada también afectan a la

precisión.

La resolución es el número de niveles utilizados para representar el

rango analógico de entrada. Por ejemplo 14 bits reales convertidos, pueden ser

214 estados diferentes y así se divide el rango de entrada en 16.384 partes.

Más bits producen una resolución exponencial. La ganancia de entrada, o

amplificación, puede incrementar la resolución aparente de señales que tienen

una amplitud máxima menor que la entrada del convertidor A/D.

• Amplificador de entrada:

El amplificador de entrada se utiliza para amortiguar la señal de entrada

y para proporcionar ganancia a la misma. La ganancia para cada canal de

entrada está normalmente fijada, de esta manera la señal de entrada utiliza

tanto como le es posible el rango del convertidor A/D. Cuando la ganancia

crece el efecto del rango de entrada se ve a través del convertidor A/D como

decrece haciendo que cada nivel de digitalización sea más fino.

Por ejemplo, 12 bits A/D se pueden digitalizar en una señal con una

ganancia de 4 con la misma resolución que 14 bits A/D con una ganancia de 1.

El amplificador de entrada afecta directamente a la precisión de la forma de

onda digitalizada, debería proporcionar la misma representación en el

convertidor A/D. La precisión de la ganancia debería venir especificada como

un porcentaje bajo de la ganancia total.

• Throughput:

Tres elementos especifican el throughput A/D: tiempo de conversión,

tiempo de adquisición y tiempo de transferencia.

El tiempo de conversión es el tiempo requerido por el convertidor A/D

para producir un valor digital que corresponda a una entrada analógica.

El tiempo de adquisición corresponde al tiempo que necesita el circuito

analógico asociado para adquirir una señal.

El tiempo de transferencia corresponde al tiempo necesario para

transferir un dato desde el interface a la memoria del ordenador. Throughput es

el ratio en el cual los tres son completados. Throughput es normalmente el

factor más importante a la hora de escoger un interface de adquisición de

datos.

• Burst Mode Sampling:

Durante un típico proceso de adquisición de datos uno o más canales se

leen en los intervalos marcados. Una lectura de todos ellos es lo que se llama

un scan. El tiempo entre scans es llamado intervalo de scan y se mide por el

ratio de muestreo del canal. Normalmente se utilizan ambas, las distribuidas o

burst mode sampling.

El sistema de adquisición de datos más antiguo proporciona un modo de

muestreo distribuido. Este método de muestreo divide el intervalo de scan entre

el número de canales. Este tiempo se utiliza como tiempo entre conversiones.

• Disparadores:

Los disparadores permiten un suceso externo para controlar el conjunto

de datos, en algunos casos se reduce la cantidad de datos que pueden ser

tratados o utilizados en otros casos puede ser el único camino para agrupar los

datos de interés. El disparador flexible permite almacenar datos antes y

después. Las fuentes de ayuda del disparador son los voltajes analógicos, los

patrones digitales y las señales TTL. Los disparadores de voltaje analógico

causan un disparador como resultado de un voltaje analógico, esto permite

cambios físicos como la temperatura, presión, tensión que causan el

disparador.

Los disparadores de voltaje analógico pueden utilizar cualquier canal con

cualquier ganancia y proporcionar una elección de diferentes condiciones de

disparador tales como el voltaje del canal sobre un nivel, debajo de un nivel,

fuera de dos niveles, entre dos niveles, cuando el nivel crece y cuando el nivel

baja.

• Salidas analógicas:

Las salidas analógicas son utilizadas por el interface para proveer

niveles de voltaje D/C (continuo) o formas de onda arbitrarias. Los niveles de

salida son marcados por el convertidor D/A. Los convertidores bipolares D/A

dan voltajes de salida que son el voltaje de referencia. Los convertidores

unipolares D/A sacan rangos de voltaje desde hasta el voltaje de referencia. En

ambos casos el convertidor D/A saca la fracción del voltaje de referencia que la

palabra digital representa.

• Métodos de transferencia de datos:

La transferencia de datos en un PC es generalmente representada con

ambos Polled, el conductor de interrupción o transferencia de DMA. El modo

Polled se usa por muchas placas simples o cuando el ordenador no tiene

interrupción o fuentes de DMA disponibles. En el modo Polled el programa

pregunta a la placa para ver si el valor está disponible, de la A/D, o puede ser

aceptado por la D/A, y entonces un valor se transfiere en ese instante. Este

modo requiere un tiempo de computación considerable y el software puede

hacer pocas cosas más excepto chequear el dato de adquisición.

• Calibrado analógico:

Para mantener la precisión de A/D, del amplificar de entrada y del

circuito D/A se requiere una calibración periódica. Esto pone a 0 el teclado del

rango del convertidor y compensa la tendencia en circuitos analógicos para

cambiar las características o fluctuaciones sobre el tiempo.

• Entrada y salida digital:

La sección de entrada y salida digital del interface de adquisición de

datos proporciona controles de nivel TTL bi-direccionales y puertos que pueden

ser configurados y leídos por el ordenador. Estos son utilizados para controlar

dispositivos o monitorizar el cierre de interruptores o contactos. A veces se

proporciona una manecilla para permitir la comunicación con los dispositivos.

• Contadores / Timers:

Para representar múltiples conversiones a intervalos de tiempo

predefinidos, las placas de adquisición de datos son equipadas con contadores

!

y timers. Los contadores y timers se utilizan para controlar ambas A/D y D/A

conversión de datos. Ellas trabajan contando una frecuencia fija precisa. El

oscilador está provisto de un interface o algunas

fuentes externas.

Esta frecuencia de reloj determina la granularidad de las configuraciones

disponibles. Frecuencias altas ofrecen una granularidad fina.

Algunas placas proporcionan canales de contadores y timers para el

usuario. Estos pueden ser extremadamente flexibles y utilizados en docenas de

configuraciones. Algunas aplicaciones incluyen generadores de reloj externos,

anchos de pulso y mediciones de frecuencia, y timing para complicados

disparadores externos. Ellos pueden usarse individualmente o en combinación

con otros contadores, usando fuentes de reloj externas o internas.

Destacar también del proyecto que tuvo en cuenta las diferentes

posibilidades comerciales que existían en tarjetas de adquisición de datos

como son:

• Tarjeta 12 Bit AD/DA

Es una tarjeta de alta precisión en sistemas de conversión de datos para

PC/XT, PC/AT, o ordenadores compatibles. Contiene una canal de 12 bits D/A

y 16 canales también de 12 bits A/D. En los jumpers de la tarjeta se puede

seleccionar si el canal de entrada o de salida es unipolar o bipolar.

• Tarjeta Multi I/O 8255/8253

La tarjeta de multiple I/O 8255 es un interface periférico programable

para PC o ordenadores compatibles. El interface de la tarjeta proporciona hasta

192 líneas programables de I/O paralelas y 6 contadores de 16 bits

independientes.

La tarjeta se conecta en un slot ISA “short” estándar de 8 bits y cintas

conectores para periféricos externos. Hay 4 conectores de cinta de 50 pins,

cada uno contiene la señal de dos 8255, más uno de 34 pins para el par de

8253 contadores/timer.

La tarjeta también se suministra con una cinta conector 50 pins para el

conector de 50 pins “D” por cada par de 8255, y cinta conector de 34 pins para

el conector de 37 pins “D” de la señal del 8253. Cada conector se monta en

una placa slot estándar de expansión.

Mientras en el proyecto “Mejora de prácticas de laboratorio utilizando

entrada y salida digital” el objetivo es el de poner en práctica ideas con

sensores de movimiento, interfaces y programación de puertos paralelos de

forma que puedan ser útiles para adquirir señales digitalmente. Destacar

también que se realizó un prototipo que era fácilmente modificable para

adaptarlo a utilidades concretas.

Es en este proyecto, en el cual se utiliza el integrado NE555 de forma

monoestable para regular el tiempo que se mantiene la alarma disparada y la

sensibilidad del sensor. El tiempo de enclavamiento de la señal se regula

mediante la combinación de una resistencia fija con la cual se garantiza un

tiempo mínimo de enclavamiento y se evita una conexión directa con la

alimentación. Para hacer actuar el monoestable se realiza mediante el trigger.

Para regular el momento de hacer el disparo el trigger se coloca en paralelo en

la entrada un valor resistivo fijo para evitar conectar la masa y una variable con

la cual regulamos la corriente que deriva hacía tierra, Cuanto mas valor

resistivo, menos sensibilidad.

Son dos proyectos muy prácticos, pero al mismo tiempo muy

voluminosos. Esto genera que no sean cómodos de transportar por lo que

acaban por no utilizarse prácticamente, y es esto último una de las partes del

proyecto que se ha intentado mejorar, hacer el sistema lo mas portátil posible.

1.3. OBJETIVOS

El objetivo principal de este proyecto es el de conseguir a partir del

diseño de un circuito basado en el integrado NE555 un sistema de adquisición

de datos proveniente de sensores resistivos que puedan medir diferentes

magnitudes (temperatura, luminosidad) consiguiendo así poder calibrar el

sistema para poder crear aplicaciones para experimentar en el laboratorio.

Para la realización del proyecto se va a aprovechar la experiencia de

parte de dos proyectos anteriores, “Aprovechamiento de ordenadores para

prácticas de laboratorio” y “Mejora de prácticas de laboratorio utilizando entrada

y salida digital”.

Uno de los objetivos es conseguir aprovechar ordenadores ya obsoletos

sobre todo en cuanto a capacidad de memoria, con lo que se utilizará un

ordenador ya amortizado y por tanto coste cero y también se va a desarrollar

una parte del segundo proyecto en el que se utilizaba un temporizador

integrado como es el NE555 aunque en este caso se le va a hacer funcionar en

modo astable ya que en el proyecto anterior se le hacia trabajar en el modo

monoestable, consiguiendo de esta forma resumir muchísimo mas el proyecto

ya que únicamente nos hace falta el conexionado de este integrado en el cual

se le pueden adaptar diferentes sensores resistivos.

De forma que el objetivo de este proyecto es el estudio de los diferentes

sensores resistivos que se pueden adaptar al integrado y las muchas utilidades

que se pueden obtener teniendo en cuenta que utilizaremos el ordenador como

micro principal.

Destacar también que al poder utilizar el ordenador como micro principal,

se puede conseguir obtener una tensión de 5 Voltios de salida y teniendo en

cuenta que el temporizador integrado (NE555) que se va a utilizar tiene un

rango de tensiones de trabajo entre 5 y 15 Voltios, se va a conseguir poder

alimentar el circuito desde el mismo puerto paralelo del ordenador

consiguiendo de esta forma no necesitar fuente de alimentación alguna para

alimentar el circuito.

De esta forma se va a conseguir realizar un sistema de adquisición de

datos a través del puerto paralelo, sin alimentación independiente, no muy

voluminosos, fácilmente transportable, sin necesidad de pagar ningún tipo de

patente y utilizando componentes de muy bajo coste, que añadido a que con el

PC en cuestión que se va a utilizar se puede conseguir controlar los datos del

sistema a distancia gracias a internet consiguiendo de esta forma crear muchas

aplicaciones gracias a este sistema.

1.4. DESCRIPCION GENERAL

El sistema de adquisición de datos provenientes de sensores resistivos

es un sistema basado en el temporizador integrado NE555 creado

principalmente para demostrar que con un ordenador obsoleto, una conexión a

internet y unos cuantos componentes de muy bajo coste se puede crear un

sistema con múltiples utilidades sin necesidad de hacer una fuerte inversión, ni

pagar caras licencias ni tampoco patentes de ningún tipo.

Gracias al temporizador integrado NE555 funcionando en modo astable

se puede conseguir, haciendo variar una resistencia gracias a los sensores

resistivos que se pueda modificar la frecuencia de salida, consiguiendo de esta

forma obtener diferentes periodos de salida que después de todo el montaje y

una vez calibrados estos sensores, conseguir un resultado bastante optimo.

Se puede afirmar que este tipo de sensores no son los mejores sensores

que se pueden encontrar en el mercado si nos fijamos en su precisión y en su

tiempo de respuesta por ejemplo, pero para medir magnitudes que varían

lentamente pueden resultar muy útiles.

Destacar también, que el precio de estos sensores no tiene nada que ver

con los otros sensores anteriormente mencionados con lo que se llega a la

conclusión de que para presupuestos pequeños estos sensores dan un

rendimiento muy bueno.

2. DISEÑOS

2.1. METODOLOGIA UTILIZADA

2.1.1. PUERTO PARALELO

Los puertos de comunicación del PC son de particular interés para

todas aquellas personas que trabajan con placas electrónicas ya que permite

utilizar un ordenador para controlar cualquier tipo de circuito electrónico,

principalmente en actividades de automatización de procesos, adquisición de

datos, trabajos repetitivos i otras actividades que hace falta precisión.

Existen dos métodos básicos para transmitir datos en los ordenadores

actuales, transmisión en serie y transmisión en paralelo. En la transmisión en

serie un dispositivo envía datos a otro a razón de un bit cada vez a través de un

cable, mientras que la transmisión en paralelo envía los datos a otro con una

tasa de “n” números de bits a través de “n” números de cables a la vez. La

mayoría de los sistemas paralelos utilizan ocho líneas de datos para transmitir

un byte a la vez, esta es la configuración que utilizan los ordenadores.

Un sistema típico de comunicación en el puerto paralelo puede ser de

una dirección (unidireccional) o de dos direcciones (bidireccional). El sistema

que utiliza un puerto paralelo de un ordenador es de tipo unidireccional. En este

se pueden diferenciar dos elementos, la parte transmisora i la parte receptora.

La parte transmisora coloca la información en las líneas de datos e

informa a la parte receptora que la información esta disponible, entonces la

parte receptora lee la información en las líneas de datos e informa a la parte

transmisora que ha recogido la información.

Ni la parte transmisora ni la receptora se sobreponen la una a la otra

debido a que cada vez que acaban de hacer su proceso dan un permiso para

que la otra parte pueda comenzar a actuar. Este es el funcionamiento de un

puerto paralelo de un PC.

El puerto paralelo de un PC utiliza un conector hembra de tipo D de 25

patillas o pines (DB-25-S), este es el tipo de conector mas común aunque

existen dos tipos de conectores mas pero en este caso el que nos interesa es

el modelo (DB-25-S). La siguiente imagen ilustra el tipo de conector a utilizar y

el orden en el que están situadas las patas así como la función de cada una de

ellas.

Se puede observar que el puerto paralelo tiene 12 líneas de salida y 5 de

entrada. Existen tres direcciones de E/S asociadas con un puerto paralelo del

PC. Estas direcciones pertenecen al registro de datos de estado y al registro de

control.

El registro de datos es un puerto de lectura – escritura de ocho bits. Leer

el registro de datos (en el modo unidireccional) devuelve el último valor escrito

en el registro de datos.

Los registros de control y de estado suministran la interface a las otras

líneas de E/S. La distribución de las diferentes señales para cada uno de los

tres registros de un puerto paralelo se especifica en las siguientes tablas:

Un PC puede llegar a soportar hasta tres puertos paralelos separados,

por tanto puede haber hasta tres juegos de registros en un sistema en

cualquier momento. Existen tres direcciones base para el puerto paralelo

asociados con tres posibles puertos paralelos:

• 0x278h

• 0x378h

• 0x3BCh

Nos referimos a estas como las direcciones base para el puerto LPT1,

LPT2 y LPT3 respectivamente. El registro de datos se localiza siempre en la

dirección base de un puerto paralelo, el registro de estado aparece en la

dirección base + 1 y el registro de control aparece en la dirección base + 2. Por

ejemplo, para un puerto LPT2 localizado en 0x378h, esta será la dirección del

registro de datos, al registro de estado le corresponde la dirección 0x379h y el

de control a la 0x37Ah. Automáticamente, el PC detecta los puertos

correspondientes y los etiqueta según las direcciones comentadas

anteriormente.

2.1.2. BIESTABLES

Los biestables son aquellos integrados que independientemente del

voltaje de entrada dentro de su rango de trabajo, den únicamente dos valores

de tensión de salida formando así una señal cuadrada, consiguiendo de esta

manera diferenciar perfectamente los dos estados de salida.

Ante la necesidad de obtener circuitos generadores de pulsos,

multivibradores (temporizadores) se crearon circuitos basados en

amplificadores operacionales en distintas aplicaciones.

Sin embargo en 1972 la compañía Signetics introdujo en el mercado un

nuevo componente, que no solo cumplía con estas necesidades, sino que

mejoraba los resultados obtenidos por los circuitos basados en amplificadores

operacionales en muchos aspectos.

Hoy en día el 555 sigue siendo un componente básico en la construcción

de circuitos multivibradores, generadores de pulsos y divisores de frecuencia.

La principal ventaja del 555 radica en que consigue temporizaciones

más precisas. Además, al ser un circuito integrado reduce el número de

conexiones a la vez que el precio, factor que todo ingeniero debe tener en

cuenta a la hora del diseño.

El circuito integrado 555 presenta varios tipos de encapsulado : 8 patillas

en MINIDIP en plástico. Cápsula DIP de 14 patillas y encapsulado metálico TO-

99, estando las dos últimas casi en desuso.

INTEGRADO NE555

El integrado NE555 es un circuito temporizador muy estable capaz de

producir precisos retardos de la señal u oscilaciones en ella. Trabajando en

modo retardo, el tiempo es minuciosamente controlado mediante una

resistencia y un condensador externo. En el modo oscilador, la frecuencia y el

ciclo de la señal están controlados por dos resistencias externas y un

condensador externo. El circuito tiene que ser disparado o reseteado mediante

alguna señal y la estructura de salida puede alimentarse a 200mA.

La estructura interna del integrado NE555 es la siguiente:

Hay que destacar de la estructura interna del integrado NE555 un par de

componentes:

• Comparadores:

Ofrecen a su salida dos estados perfectamente diferenciados (alto y

bajo) en función de las tensiones aplicadas a sus entradas, de tal forma que:

• Si V(+)>V(-), la salida toma un nivel alto

• Si V(+)<V(-), la salida toma un nivel bajo

!

No se contempla el caso V(+)=V(-), ya que una muy pequeña variación

entre ambas hace que la salida adopte el nivel determinado por el sentido de

dicha variación.

• Flip-flop (biestable RS):

Su funcionamiento responde al de cualquier biestable, ofreciendo dos

estados permanentes. Presenta dos entradas de activación R y S , que

condicionan su salida Q :

Si R pasa de nivel bajo a alto, hace que el biestable pase a nivel bajo. Si

S pasa de nivel bajo a alto, el biestable pasa a nivel alto. El paso de R o S de

estado alto a bajo no influye al biestable.

Estos biestables tienen 8 patas, la función de las cuales se pueden

visualizar en la siguiente imagen:

La patilla 6 es una de las importantes, sale del comparador superior y

cuando la tensión de referencia, en la patilla 6, sea mayor a dos tercios de Vcc,

entonces este comienza a funcionar llegando al flip flop y sacando un uno,

donde llega a un transistor que en este momento actúa como un interruptor

cerrado y también llega a la salida invirtiendo esta señal que entra y

transformándola en 0. La patilla 5 es la entrada negativa del comparador

superior. La patilla 2 es la entrada negativa del comparador inferior, cuando

este tiene una tensión de referencia inferior a un tercio de Vcc, entonces el

comparador inferior empieza a funcionar, dando un impulso al flip flop saliendo

de el un 0, entonces llega al transistor que al no llegar tensión a la base de

este, funciona como interruptor cerrado, y llegando a la salida que invirtiéndolo

saca un 1 es decir Vcc. La patilla 1 va directamente a masa. La patilla 7 es la

de descarga del condensador. La patilla 3 es la salida. La patilla 4 es el reset.

La patilla 8 es +VCC.

Estos integrados pueden actuar de dos modos distintos, modo

monoestable o de modo astable. Estos dos modos de controlar el integrado no

le hacen variar su función, pero si varia la forma de controlarlo y el desarrollo

de la señal dependiendo en el modo que esté actuando.

La característica del monoestable es que el temporizador funciona como

un interruptor que se dispara una sola vez. Para adaptar el integrado a este

modo se tiene que conectar de la siguiente forma:

El integrado biestable tiene el acceso para controlar el disparo, esto

hace que en el momento en que recibe la señal de disparo, es decir, cuando

recibe tensión el circuito se mantiene en estado alto ya que el estado alto viene

dado según el control de voltaje hasta que el temporizador llegue al valor

asignado. Seguidamente corta la salida y la retorna a cero. El valor del

temporizador viene dado por la R1 y por C1 y se puede obtener aplicando la

siguiente fórmula:

t = 1.1*R1*C1

La alimentación del integrado NE555 puede oscilar entre 5 i 15 Voltios.

El modo astable actúa de una forma muy similar al anterior, pero con

alguna otra particularidad. En el momento que se conecta de la forma que se

puede observar en la siguiente imagen se comporta como un multi-vibrador.

En modo astable el C1 carga y descarga entre 1/3 Vcc y 2/3 Vcc.

También hay que tener en cuenta que el temporizador actúa de forma diferente

i el tiempo de carga y descarga se obtiene de la siguiente forma:

1. Tiempo de carga: t1 = 0.693 *(R1+R2)* C1

2. Tiempo de descarga: t2 = 0.693 *(R1+2*R2)* C1

A partir de estos dos modelos de trabajo, cualquier modificación de este

circuito provoca un comportamiento diferente en el tiempo de disparo, la

frecuencia y el ciclo de trabajo de la señal.

Hay que destacar que el resultado aplicando en la práctica las formulas

teóricas del fabricante, es algo diferente.

2.1.3. TERMISTORES

Los termistores son sensores de tipo resistivo. El nombre de termistor

nace de la contracción de las palabras inglesas “therm al” y “resistor ”

(resistencia sensible a la temperatura). Los termistores se dividen en dos

grupos atendiendo al signo del coeficiente de temperatura de la resistencia (α):

NTC (Negative Temperatura Coefficient) que presentan un coeficiente de

temperatura negativo y PTC (Positive Temperatura Coefficient) con un

coeficiente de temperatura positivo.

2.1.3.1. NTCs

Las NTCs son resistencias de material semiconductor cuya resistencia

disminuye cuando aumenta la temperatura, y están constituidas por una

mezcla de óxidos metálicos. Generalmente se utilizan combinaciones de Ni-

Mn-O, Ni-Cu-Mn-O y Ti-Fe-O.

Símbolo eléctrico de una NTC (a) y símbolo eléctrico de un PTC (b)

El mecanismo de conducción en este tipo de materiales

semiconductores es muy complejo, al menos comparado con lo que ocurre en

un simple cristal de silicio. Básicamente, el incremento de temperatura aporta

la energía necesaria para que se incremente el numero de portadores capaces

de moverse, lo que lleva a un incremento en la conductividad del material.

Para fabricar una NTC se parte de la mezcla de los óxidos metálicos

hasta formar un polvo homogéneo. El polvo se comprime y se sinteriza a alta

temperatura dándole la forma deseada. A esta estructura se le conectan los

terminales y se sella mediante una capa aislante de “epoxy” o cristal que le

proporciona protección y la aísla eléctricamente. El tipo de óxidos

seleccionados y su proporción, junto a la atmósfera y temperatura de

sinterizado se controla cuidadosamente ya que determinará la resistividad del

material y el coeficiente de temperatura del termistor.

Las NTCs se clasifican en dos grupos atendiendo a la forma en que se

unen los cables al cuerpo de la NTC:

• Termistores tipo bead o gota

• Termistores metalizados

En los termistores de tipo bead o gota, los cables se sinterizan junto al

cuerpo del termistor. En los termistores metalizados los cables se conectan a la

superficie del termistor que previamente se ha metalizado. Los termistores

metalizados pueden adoptar diversos tamaños y formas.

Ejemplos de termistores: termistor de tipo bead y termistor metalizado en forma de disco

Las NTCs son componentes muy robustos, fiables, sensibles y

económicos. Sus mayores inconvenientes son: su lentitud de respuesta, la

presencia de grandes tolerancias en su fabricación, una relativa estabilidad y

un campo de medida algo limitado.

La medida de temperatura es la aplicación más común de las NTCs.

Generalmente se selecciona una NTC de resistencia nominal alta y con un

buen acoplamiento térmico, con el objetivo que cuya temperatura se desea

medir. Por otro lado, el autocalentamiento (Cuando se conecta una NTC a un

circuito eléctrico se le suministra energía que por efecto Joule se transforma en

energía térmica. Parte de la energía suministrada es disipada al exterior y otra

parte es absorbida) debe hacerse despreciable ya que introduce errores en la

medida.

El problema que se debe resolver es cómo obtener una magnitud

eléctrica, por ejemplo, una tensión que dependa de la temperatura de la forma

más lineal posible, a pesar de que la relación Resistencia-Temperatura del

termistor no sea lineal.

En general, las técnicas de linealización pueden realizarse en dos

dominios:

• el digital.

• el analógico.

En el dominio digital, la estimación de la temperatura se realiza con

independencia de la linealidad. Para ello se usa un computador que, utilizando

el modelo del termistor, calcula el valor correspondiente de temperatura a partir

de la medida del valor resistivo de la NTC.

En el dominio analógico suele añadirse una resistencia en serie o en

paralelo con el termistor para conseguir una respuesta que se aproxime más

al lineal.

Además de la medida de temperatura, la NTC tiene otras aplicaciones:

• Compensación de dispositivos con coeficiente de temperatura

positivo.

• Medida de detección de nivel de líquidos.

• Medida de velocidad de fluidos.

• Medida de composición de gases.

• Alarmas de temperatura.

• Protección de sobrecorrientes.

2.1.3.2. FOTORRESISTENCIAS (LDRs)

Las fotorresistencias (LDRs , Light Dependent Resistors, resistencias

dependientes de la luz) son sensores resistivos basados en semiconductores

empleados para la medida y detección de radiación electromagnética.

Una LDR está constituida por un bloque de material semiconductor

sobre el que puede incidir la radicación y dos electrodos metálicos en los

extremos.

Una LDR típica consiste en una fina capa semiconductora dispuesta

sobre un sustrato cerámico o plástico. La película semiconductora describe una

pista en zig-zag con contactos metálicos en los extremos. La forma de la

película sensitiva tiene por objeto maximizar la superficie de exposición y al

mismo tiempo mantener un espacio reducido entre los electrodos para

aumentar la sensibilidad.

LDR con una pista en zig-zag de material resistivo

Entre los materiales semiconductores más usados para realizar las

LDRs se encuentran el sulfuro de cadmio (CdS) y el seleniuro de Cadmio

(CdSe). Estos dos materiales son muy utilizados, sobre todo en los sensores

fotoconductivas de bajo coste; sin embargo, se caracterizan por una respuesta

relativamente lenta.

La tensión máxima que pueden soportar puede llegar hasta 600 Voltios y

hay modelos capaces de disipar más de un vatio. Otros materiales pueden ser:

PbS, InSB y germanio dopado con cinc y boro. Cada compuesto presenta un

espectro de detección característico.

Las fotorresistencias (LDRs) son sensores resistivos basados en el

cambio en la conductividad que experimenta un semiconductor al incidir sobre

él radiación electromagnética. Se utilizan para medir luz (fotometría) y en

aplicaciones de detección de presencia y posición.

2.1.4. OTROS SENSORES RESISTIVOS

Existen otros sensores resistivos aparte de los mencionados

anteriormente dentro de los llamados sensores resistivos, los cuales tienen

diferentes funcionalidades:

• Sensores Potenciométricos:

Un potenciómetro es un dispositivo electromecánico que consta de una

resistencia de valor fijo sobre la que se desplaza un contacto, el cursor que la

divide eléctricamente.

Símbolo eléctrico de un potenciómetro

La aplicación más común de este dispositivo en instrumentación es

como sensor de desplazamiento de tipo resistivo. El movimiento del cursor

origina un cambio en la resistencia medida entre el terminal central y uno

cualquiera de los extremos (divisor resistivo).

Para la obtención de una señal eléctrica relacionada con el

desplazamiento se alimenta, en general, con una tensión continua, adoptando

la configuración de un simple divisor de tensión. A veces, esta es la única clase

de acondicionamiento que se requiere.

Además de como sensor, los potenciómetros tienen otras aplicaciones;

por ejemplo, se utilizan también como resistencias de ajuste, de control, como

reostato o como divisor de corriente. Los potenciómetros de ajuste se emplean

para reducir el efecto de las tolerancias en los circuitos y los potenciómetros de

control se utilizan para variar el nivel de una señal.

Los potenciómetros pueden clasificarse atendiendo a diversos criterios:

según el elemento resistivo utilizado, por el tipo de desplazamiento que realice

el cursor o por su función característica, es decir, por cómo cambie la

resistencia en función del desplazamiento.

El elemento resistivo es una parte esencial en cualquier potenciómetro

hasta el punto que afecta a todas sus características eléctricas. La clasificación

más general distingue entre:

• Potenciómetros de hilo bobinado (wirewound).

• Potenciómetros no bobinados (nonwirewound).

• Cermet.

• Carbón.

• Plástico conductivo.

• Película metálica

• Híbridos.

• Sensores de temperatura de resistencia metálica:

Los metales se caracterizan por poseer coeficientes térmicos positivos

de variación de la resistencia eléctrica; ello es producto de que al aumentar en

los mismos la energía interna aumenta su resistividad.

!

Esta propiedad se utiliza desde hace mucho tiempo en el diseño y

construcción de sensores de temperatura de resistencia metálica, que se

designan RTD (Resistance Temperatura Detector). La siguiente figura

representa el símbolo eléctrico de este dispositivo y el aspecto exterior de

algunos sensores de temperatura de resistencia metálica comerciales.

Símbolo y aspecto de sensores de temperatura de resistencia metálica (RTD) comerciales

La RTD es un sensor de temperatura resistivo metálico de coeficiente

térmico positivo muy utilizado en la práctica para la medición de la temperatura

de medios y superficies, gracias a su gran variedad de formas constructivas.

En particular, las de platino ofrecen las mejores características de linealidad y

estabilidad temporal por lo que son las más utilizadas para la medición de

temperaturas en el margen de -200 a 800ºC.

Las RTDs pueden ser clasificadas atendiendo a los siguientes aspectos

a destacar:

• Forma constructiva.

• Tamaño.

• Características del medio

• Tipo de metal utilizado

• Valor de R0.

• Precisión.

El propósito del acondicionador de una RTD es lograr una señal de

tensión proporcional a la temperatura a medir. El circuito acondicionador por

excelencia de las RTDs es el puente de wheatstone alimentado con fuentes

de tensión y/o corriente, que proporciona una tensión diferencial

dependiente de las variaciones de las resistencias de sus ramas.

Las RTDs pueden ser conectadas directamente a amplificadores de

instrumentación en conexiones de 2,3 y 4 hilos siendo la más eficiente la

conexión a 4 hilos.

• Galgas extensométricas:

Las galgas extensométricas (strain gauges) son sensores resistivos muy

utilizados en la medida de esfuerzos mecánicos en materiales en los que la

resistencia entre sus extremos se modifica con el esfuerzo aplicado sobre

la galga.

El principio de funcionamiento de las galgas extensométricas esta

basado en el cambio de la resistencia efectiva de un material cuando es

sometido a una deformación así como los materiales más habituales para la

fabricación de estos dispositivos. Se ha de diferenciar claramente las

galgas metálicas de las semiconductoras, las primeras con mayor precisión

pero menor sensibilidad que las segundas aunque estas últimas están aún

en fase de desarrollo.

Como aspecto básico de todo dispositivo sensor se tiene el circuito

medida: para las galgas se usa siempre un circuito en puente aunque se

pueden incluir una, dos o incluso cuatro galgas activas con lo que se

consigue aumentar la sensibilidad del conjunto.

• Sensores de gases de óxidos metálicos semiconductor es:

Los sensores resistivos para la detección de gases presentan una

resistencia creciente con la concentración de oxígeno y decreciente, en

general, con la concentración del resto de los gases que pueden detectar.

Están compuestos por cuatro terminales: dos corresponden a la

resistencia y otros dos a unos electrodos de calentamiento.

Algunos inconvenientes de estos sensores, son la escasa selectividad, la

dependencia de la temperatura y de la humedad.

Se suelen utilizar para detectar niveles de alarma de gases

combustibles.

• Magnetorresistencias:

La resistencia de muchos materiales magnéticos depende del campo

magnético aplicado. La razón de tales variaciones de resistencia se debe al

espín de los electrones; las nubes electrónicas que rodean a los átomos se

orientan según el campo magnético y pueden dificultar el paso de la corriente

según la posición que adopten.

En las magnetorresistencias, el valor óhmico varía con el valor del

campo magnético y con su orientación.

Existen tres tipos de magnetorresistencias:

• Anisotrópicas

• Gigantes

• Colosales

2.1.5. INTERNET

La definición más simple de internet y que todos conocemos es un

conjunto de redes, algunas privadas y otras publicas, de todas las partes del

mundo y que han adoptado un conjunto de protocolos comunes TCP/IP y se

han interconectado entre si.

Internet es un medio de transporte con un ámbito prácticamente mundial,

con un protocolo común sobre el cual se aguantan otros servicios como por

ejemplo el correo electrónico, el World Wide Web, el FTP, que son capaces de

comunicar o transmitir información en segundos a personas que anteriormente

por carta tardaban semanas.

Internet tiene una particularidad y es que la mayoría de las aplicaciones

están organizadas en una arquitectura cliente-servidor. Una aplicación se suele

componer de dos partes, por un lado la parte servidora y por otro lado los

clientes. Estos últimos se encargan de darnos un interface de usuario

agradable y manejable, traduciendo las peticiones que realizamos a una forma

que el servidor entiende.

Posteriormente cuando obtienen respuesta, también nos la presentan de

una forma que nos permite su mejor aprovechamiento. Como se puede

observar es una filosofía bastante próxima al mundo real, en el cual unos nos

dan un servicio que otros están demandando.

Esta es la base y el funcionamiento general de internet. Pero nadie de

nosotros podría utilizar internet sino se tuviese una dirección asignada, es decir

una dirección donde poder localizar y enviar los archivos que se transmiten por

la red. Estas direcciones se llaman IP. Estas direcciones están formadas por

cuatro números con valores comprendidos entre 0 y 255 para cada uno de

ellos. Esto da un total de 232 posibles direcciones.

Por ejemplo, una dirección podría ser 194.224.2.2. El hecho de que se

de el numero en cuatro grupos es para poder repartir el direccionamiento de

una forma similar a una dirección de correo de toda la vida, primero el país,

después la ciudad, el código postal, etc.

Pero debido que recordar todos estos dígitos es muy complicado se ha

inventado un protocolo que asocia estos números a identificadores

alfanuméricos.

Uno de los conceptos mas importantes del WWW es el URL (Uniform

Resource Locutor), o Localizador Uniforme de Recursos, que es un sistema de

nomenclatura e identificación de recursos en la red. Los URLs tienen la forma

general tipo_ecurso://dirección. Los tipos mas habituales de recursos son file,

ftp, http, news y gopher, aunque existen mas. Un ejemplo de URL puede ser

http://www.upc.es .

Analizando por partes, se puede observar que el tipo de recurso es http,

es decir un servidor WWW y que la dirección de la maquina es www.upc.es .

Otro ejemplo es ftp://fisica.upc.es que indica que el tipo de recurso es un

servidor ftp y la máquina es la fisica.upc.es.

Por tanto se puede definir http como un servidor WWW. Estos

servidores ponen a disposición del navegador una serie de paginas hipertexto

escritas con lenguaje HTML (Hyper Text Mark Up Language) o lenguaje de

marcas Hipertexto.

El recurso FTP indica que el equipo con el que vamos a contactar es un

servidor de ftp. La manera de moverse en un servidor de ftp desde un cliente

WWW es bastante intuitiva. Tanto los directorios como los ficheros se

presentan como enlaces. Los primeros al ser clicados nos llevan a otra pagina

web con el contenido de aquel directorio. Al pulsar los ficheros se nos abre una

ventana indicando que vamos a iniciar una transferencia de un fichero y nos

pide el nombre con el que lo queremos salvar.

2.1.6. FORMULARIOS

Cuando nos referimos a formularios de internet, no nos estamos

encaminando hacia ningún tipo de calculo matemático. Los formularios son

todos aquellos enlaces creados en una pagina web que son capaces de

redireccionarse hacía otro acceso o pagina web, o también de realizar algún

proceso dentro de la misma pagina.

Normalmente estos formularios van asociados a unas botoneras que

pulsando con el ratón quedan seleccionadas y en ese preciso momento o en el

momento de actualizar la pagina, el enlace o función para la que ha estado

seleccionada entra en acción.

Este proceso se ha creado desde el punto de vista de facilitar el trabajo

a todas aquellas personas que no dominan en profundidad el mundo de la

programación.

En nuestro caso, estos formularios nos serán muy útiles, ya que gracias

a ellos va ha ser posible controlar los programas creados para controlar los

sensores.

2.1.6.1. CGI-BIN

Cuando el World Wide Web inició su funcionamiento tal y como lo

conocemos, empezaron a coger popularidad aproximadamente en el 1993, solo

se podían apreciar textos, imágenes y enlaces. La introducción de Plugins en

el navegador permitió una mayor interactividad con el usuario y el cliente,

aunque estaba limitado por la velocidad y la necesidad de tener que bajar a

instalar cada plugin que fuese necesario, por estos motivos se desarrollaron en

gran parte las áreas de video, audio y realidad virtual.

El CGI (Common Gateway Interface) cambió la forma de manipular

información en la web. En si es un método para la transmisión de información

hacia un compilador instalado en el servidor. Su función principal es la de

añadir mas interacción a los documentos web que por medio de HTML se

presenta de forma estática.

El CGI se utiliza normalmente para computadoras, bases de datos,

motores de búsqueda, formularios, generadores de e-mail automáticos, chats,

comercio electrónico, juegos en línea y otras muchas utilidades.

Esta tecnología tiene la ventaja de ir por el servidor cuando el usuario lo

solicita por tanto depende del servidor y no de la computadora del usuario.

Un documento HTML es estático, lo que significa que existe un estado

constante, es un archivo de texto que no cambia. Un script CGI es ejecutado

en tiempo real, esto permite que retorne la información dinámica. Por ejemplo

se quiere conectar tus bases de datos de Unix al www para permitir que las

personas de todo el mundo las manipulen. Básicamente lo que hay que hacer

es crear un script CGI que será ejecutado por el servidor para transmitir

información al motor de la base de datos, recibir los resultados y mostrarlos al

cliente. Este es un ejemplo muy sencillo de lo que hace un CGI.

Los programas que hacen servir el CGI pueden estar compilados en

diferentes lenguajes de programación. El más popular para el desarrollo de

contenidos web es el lenguaje Perl de distribución gratuita, aunque también se

pueden destacar los programas de los cuales hay miles de aplicaciones

colgadas en internet como son C, C++ y Java por nombrar alguno de los

muchos que existen.

El funcionamiento de esta tecnología es muy sencillo. Los scripts residen

en el servidor, desde donde son llamados, ejecutados y devuelven la

información al usuario.

2.1.7. TARJETAS DE CIRCUITO IMPRESO

Hay que destacar los aspectos de la tecnología disponible para la

realización del o de los circuitos impresos y la normativa vigente. La tecnología

disponible no siempre es la máxima que proporcione el mercado en cada

momento sino que, por lo general, quedará acotada por las limitaciones

económicas que todo diseño lleva implícito. Esto podrá suponer que

tecnologías que sí existan en el mercado podrían no quedar accesibles por su

elevado coste para un diseño concreto.

Para el diseño se ha empleado la tecnología más apropiada desde el

punto de vista de prestaciones y coste.

En el caso del diseño de PCBs las tecnologías disponibles y las

normativas están implicadas y, en general, las diversas posibilidades

tecnológicas están recogidas y convenientemente normalizadas de tal manera

que, una vez elegida una determinada solución podremos encontrar en la

correspondiente norma los criterios correspondientes al diseño, a los

materiales, métodos, dimensiones, ensayos, etc. Afortunadamente, el diseño

de PCBs es un proceso muy establecido a nivel mundial y no hay grandes

diferencias finales entre la normativa elaborada por los distintos comités de

estandarización.

Una de las principales asociaciones de estandarización en el ámbito de

la electricidad y la electrónica es la IEC (Internacinal Electrotechnical Comisión)

a la que pertenecen la mayoría de los países desarrollados ya sea como

miembros o como asociados. España pertenece a través del Comité Nacional

Español de la CEI de AENOR (Asociación Española de NORmalización).

Todas estas asociaciones se suelen dividir en diversos comités que se

encargan de la estandarización de diversas áreas de la tecnología. En el caso

del IEC, los comités técnicos que están implicados en el desarrollo de circuitos

impresos son el TC52 creado en 1956 y el TC91 creado en 1990.

AENOR, como miembro de IEC, ha recogido la normativa elaborada en

el campo de los circuitos impresos.

AENOR suministra cualquiera de las normas que edita y las de IEC.

Para conseguirlas puede dirigirse a sus oficinas en la C/ Génova, 6 de Madrid

o, como resulta más cómodo, a través de su página web. El precio puede ser el

único aspecto “normalizado” a nivel mundial por todas la asociaciones: es

elevado.

No obstante, los diversos comités siguen trabajando y es muy previsible

la revisión de las normas actuales, bien sea para su mejora, bien para la

adaptación a las nuevas tecnologías. Tampoco cabe desdeñar los esfuerzos

de otras asociaciones ajenas a la IEC que, en algunos casos, colaboran con

ella o que tratan de establecer otras normas más o menos restrictivas en

ámbitos concretos desde el punto de vista geográfico o corporativo.

2.1.8. TIPOS DE CABLES

Actualmente, la gran mayoría de las redes están conectadas por algún

tipo de cableado, que actúa como medio de transmisión por donde pasan las

señales entre los equipos. Hay disponibles una gran cantidad de tipos de

cables para cubrir las necesidades y tamaños de las diferentes redes, desde

las más pequeñas a las más grandes.

Existe una gran cantidad de tipos de cables. Algunos fabricantes de

cables publican catálogos con más de 2.000 tipos diferentes que se pueden

agrupar en tres grupos principales que conectan la mayoría de las redes:

• Cable coaxial.

• Cable de par trenzado (apantallado y no apantallado).

• Cable de fibra óptica.

EL CABLE COAXIAL:

Presenta propiedades mucho más favorables frente a interferencias y a

la longitud de la línea de datos, de modo que el ancho de banda puede ser

mayor. Esto permite una mayor concentración de las transmisiones analógicas

o más capacidad de las transmisiones digitales.

Su estructura es la de un cable formado por un conductor central macizo

o compuesto por múltiples fibras al que rodea un aislante dieléctrico de mayor

diámetro.

Una malla exterior aísla de interferencias al conductor central. Por

último, utiliza un material aislante para recubrir y proteger todo el conjunto.

Presenta condiciones eléctricas más favorables. En redes de área local se

utilizan dos tipos de cable coaxial: fino y grueso.

Tiene una capacidad de llegar a anchos de banda comprendidos entre

los 80 Mhz y los 400 Mhz (dependiendo de si es fino o grueso). Esto quiere

decir que en transmisión de señal analógica se puede tener del orden de

10.000 circuitos de voz.

Hay dos tipos de cable coaxial:

• Cable fino (Thinnet): es un cable coaxial flexible de unos 0,64

centímetros de grueso (0,25 pulgadas). Este tipo de cable se puede

utilizar para la mayoría de los tipos de instalaciones de redes, ya que es

un cable flexible y fácil de manejar.

• Cable grueso (Thicknet): es un cable coaxial relativamente rígido de

aproximadamente 1,27 centímetros de diámetro. Al cable Thicknet a

veces se le denomina Ethernet estándar debido a que fue el primer tipo

de cable utilizado con la conocida arquitectura de red Ethernet. El núcleo

!

de cobre del cable Thicknet es más grueso que el del cable Thinnet.

Cuanto mayor sea el grosor del núcleo de cobre, más lejos puede

transportar las señales.

EL CABLE PAR TRENZADO:

El cable par trenzado está compuesto de conductores de cobre aislados

por papel o plástico y trenzados en pares. Esos pares son después trenzados

en grupos llamados unidades, y estas unidades son a su vez trenzadas hasta

tener el cable terminado que se cubre por lo general por plástico.

El trenzado de los pares de cable y de las unidades disminuye el ruido

de interferencia. Los cables de par trenzado tienen la ventaja de no ser caros,

ser flexibles y fáciles de conectar, entre otras cosas. Como medio de

comunicación tiene la desventaja de tener que usarse a distancias limitadas ya

que la señal se va atenuando y puede llegar a ser imperceptible; es por eso

que a determinadas distancias se deben emplear repetidores que regeneren la

señal.

Los cables de par trenzado se llaman así porque están trenzados en

pares. Pueden haber cables de 1, 2, 3, 4,… pares de cables trenzados. Este

trenzado ayuda a disminuir el ruido y la interferencia. Para mejores resultados,

el trenzado debe ser variado entre los diferentes pares.

El cable apantallado puede mejorar su comportamiento ante las

interferencias mediante la inclusión de una pantalla metálica exterior que rodea

a los hilos por los que se propaga la señal. Se obtiene así el par trenzado

apantallado (STP de la terminología anglosajona Shielded Twisted Pair) en

contraposición con el UTP (Unshielded Twisted Pair) que no dispone de

pantalla metálica exterior.

El STP incluye una malla metálica rodeando todos los cables y puede

encontrarse en una variante mejorada, el FTP (Foiled Twisted Pair) en el que la

pantalla es una lámina e incluye un hilo que garantiza su continuidad. El cable

de tipo FTP es más recomendable que los otros tipos pero es algo más difícil

de manejar a la hora de conectar y es más costoso.

El cable ha utilizar en este proyecto es el cable de 1 único par trenzado

y apantallado por una malla metálica de cobre.

EL CABLE DE FIBRA ÓPTICA:

Es un filamento de vidrio sumamente delgado diseñado para la

transmisión de la luz. Las fibras ópticas poseen enormes capacidades de

transmisión, del orden de miles de millones de bits por segundo. Además de

que los impulsos luminosos no son afectados por interferencias causadas por

la radiación aleatoria del ambiente. Actualmente la fibra óptica está

remplazando en grandes cantidades a los cables comunes de cobre.

Actualmente se utilizan tres tipos de fibras ópticas para la transmisión de

datos:

• Monomodo: Permite la transmisión de señales con ancho de banda

hasta 2 GHz.

• Multimodo de índice gradual: Permite transmisiones hasta 500 MHz.

• Multimodo de índice escalonado: Permite transmisiones hasta 35

MHz.

Se han llegado a efectuar transmisiones de decenas de miles de

llamadas telefónicas a través de una sola fibra, debido a su gran ancho de

banda. Otra ventaja es la gran fiabilidad, su tasa de error es mínima. Su peso y

diámetro la hace ideal frente a cables de pares o coaxiales. Normalmente se

encuentra instalada en grupos, en forma de mangueras, con un núcleo metálico

que les sirve de protección y soporte frente a las tensiones producidas. Su

principal inconveniente es la dificultad de realizar una buena conexión de

distintas fibras con el fin de evitar reflexiones de la señal, así como su

fragilidad.

2.2. RECURSOS UTILIZADOS

Para la realización del proyecto ha sido necesario seguir ciertos pasos o

etapas utilizando cada vez unos materiales y componentes adecuados para

poder obtener como resultado final un sistema que funcionase de forma

correcta.

En la primera etapa, una de las más importantes ya que es la base del

proyecto, puesto que si esta primera etapa no hubiese funcionado no se podría

haber continuado con este proyecto, ha sido necesario utilizar:

• 1 temporizador integrado NE555.

• 1 resistencia de 1200Ω.

• 1 condensador de 0.1µF.

• 1 condensador de 6.8nF.

• 1 potenciómetro de 47KΩ.

• Varios conectores de 4 pins.

• 1 conector de 25 pins en forma de D para puerto paralelo.

• Cable de un hilo.

Destacar también el material de laboratorio utilizado:

• Ordenador.

• Osciloscopio.

• Fuente de Alimentación.

• Tester.

• Soldador de estaño.

• Sondas.

• Llave wire-up.

• Destornillador, alicates y herramientas similares.

Con todo este material de laboratorio y los componentes ha sido posible

realizar y comprobar el primer montaje.

Para la realización del segundo montaje, una vez comprobado que el

primer montaje era correcto, utilizando el primer montaje, se ha utilizado para

el segundo:

• 2 temporizador integrados NE555.

• 2 resistencia de 1200Ω.

• 2 condensador de 0.1µF.

• 1 condensador de 6.8nF.

• Varios condensadores comprendidos entre 6.8nF y 53nF para poder

observar el cambio de sensibilidad de los sensores resistivos

escogiendo luego el que se ha creído más oportuno.

• Un conector de 25 pins en forma de D para puerto paralelo.

• Cable de un hilo.

• 2 NTCs de 47KΩ.

• 2 LDRs con un margen de 10 a 50KΩ.

• 2 LDRs con un margen de 10 a 30KΩ.

• 6 jacks stereos de 3 ½.

• 6 jacks stereos hembras de 3 ½.

• 6 metros de cable apantallado de dos hilos para separar los sensores

resistivos del sistema ganando de esta forma cierta independencia.

• Varios conectores de 4 pins.

• Araldit, que es una resina epoxi que se compone de dos

componentes químicos que cuando se mezclan forman una especie

de silicona que sirve para proteger los componentes que han sido

cubiertos.

Destacar también el material de laboratorio utilizado que es el mismo que el

anteriormente mencionado:

• Ordenador.

• Osciloscopio.

• Fuente de Alimentación.

• Tester.

• Soldador de estaño.

• Sondas.

• Llave wire-up.

• Destornillador, alicates y herramientas similares.

Para la realización del tercer y definitivo montaje ha sido necesario

utilizar parte del material utilizado anteriormente con el cual se ha podido

realizar y probar los diferentes sensores, conectores y demás componentes,

pero también se ha utilizado material nuevo necesario para realizar la tercera

parte del montaje:

• Tarjeta de circuito impreso 15 x 26 centímetros para realizar la

insolación.

• Caja metálica de 12 x 6 x 18 para resguardar la placa.

• 2 Brocas de hierro de 0.8 milímetros de diámetro para taladrar la

placa.

• 2 Brocas de hierro de 1.25 milímetros de diámetro para taladrar la

placa.

• 1 Broca de hierro de 3 milímetros de diámetro para taladrar la placa i

la caja.

• 1 Broca de hierro de 4 milímetros de diámetro para taladrar la placa i

la caja.

• 1 Broca de hierro de 6 milímetros de diámetro para taladrar la caja.

• 4 tornillos de cabeza plana de 4 milímetros de diámetros y 4.5

centímetros de altura para collar la placa a la caja.

• 4 arandelas de 4 milímetros de diámetro.

• 12 roscas de 4 milímetros de diámetro para sujetar el tornillo a la caja

y al mismo tiempo sujetar la placa a la caja.

• 1 conector de 25 pins en formad de D preparado para acoplar a

tarjeta de circuito impreso.

• 6 temporizadores integrados NE555.

• 6 resistencias de 1200Ω.

• 6 condensadores de 0.1µF.

Además del material del laboratorio de física utilizado anteriormente hay

que destacar el material utilizado para esta última parte del diseño en las

instalaciones del instituto de Caldes de Montbui “I.E.S. Manolo Hugué”, en el

cual se pudo utilizar el banco de trabajo para taladrar de forma correcta tanto

la placa como la caja entre otras cosas para realizar los pertinentes agujeros y

otras de una forma correcta.

2.3. DESCRIPCION DEL PRIMER DISEÑO

Para la realización del primer diseño se utilizó una placa agujereada

para hacer montajes con la llave wire-up. La llave wire-up es un tipo de llave

que en uno de sus extremos tiene dos agujeros de diámetros diferentes, uno

mas grande en el cual se introduce el componente o cualquier tipo de conector

y otro mas pequeño en el que se introduce el cable que utilizaremos para

interconectar el circuito electrónico.

Destacar también que en el centro de la llave wire-up hay una abertura

preparada para pelar la punta del cable que mas tarde se utilizará.

Primero se introduce en el agujero de diámetro más pequeño de la llave

wire-up el trozo de cable pelado y seguidamente se introduce en el agujero de

diámetro más grande el componente que previamente ha sido situado en el

lugar escogido de la placa.

Una vez están introducidos los dos se procede a girar la llave,

aguantando el resto del cable de forma que el cable queda enroscado en el

componente y así sucesivamente hasta que se finalice el montaje. Una vez

finalizado el montaje con el método wire-up se le da la vuelta a la placa y se

sueldan con estaño todos los puntos de conexión de forma que ya queda bien

fijado a la placa asegurándose así que con el paso del tiempo y de los posibles

golpes no se suelte ninguna parte del montaje interrumpiendo así su correcto

funcionamiento.

Una vez montada una primera parte con el método wire-up colocando el

circuito de forma que el NE555 trabaje en forma de biestable y se utilice un

sensor resistivo de temperatura (NTC).

En el siguiente esquema aparece el conexionado del primer montaje del

proyecto:

Este circuito funciona solo aplicándole una +Vcc sin necesidad de

ningún impulso. Cuando se le aplique la alimentación el circuito en la salida nos

alterna de nivel alto a nivel bajo continuamente y con una frecuencia constante

que le dan los componentes externos del circuito que son el sensor resistivo y

C1.

Cuando se le aplica la tensión de alimentación, la salida nos da primero

nivel alto por que los dos comparadores están conectados juntos y en el punto

donde están conectados la tensión es inferior a 1/3 +Vcc y por lo tanto se

activara el comparador inferior dando nivel alto a la salida permitiendo la carga

de C1 por medio de las 2 resistencias.

R1, R2 (sensor resistivo) y C1 están en serie formando un divisor de

tensión, la patilla 7 esta conectada entre las dos resistencias y los

comparadores están conectados entre R2 (sensor resistivo) y C1, por lo tanto

C1 se ira cargando y al llegar a 2/3 de +Vcc se activará el comparador superior

y la salida cambiará de estado pasando a nivel bajo y permanecerá en este

estado hasta que el condensador descienda a 1/3 de +Vcc.

Al activarse anteriormente el comparador superior, un transistor de la

circuiteria interna del 555 se comportara como un interruptor cerrado y C1

podrá descargarse por R2 (sensor resistivo) por ello no se descarga

instantáneamente y por ello también es que al cargarse por medio de 2

resistencias y descargarse por una sola esta mas tiempo cargándose que

descargándose y esto se refleja en la salida permaneciendo mas tiempo a nivel

alto que a nivel bajo. Así permanecerá sucesivamente mientras tenga una

tensión de alimentación.

Se añade al montaje un conector para poder alimentar inicialmente con

una fuente de alimentación a 5 Voltios y para poder visualizar la salida del

circuito por el osciloscopio.

Una vez comprobado su correcto funcionamiento se procede a calentar

el sensor de temperatura para poder observar el cambio en la salida del

circuito.

Al comprobar su correcto funcionamiento se aumenta el valor del

condensador que esta situado en serie con el sensor para de esta forma

disminuir el periodo en la salida del circuito consiguiendo de este modo que la

medida sea mucho mas precisa.

Seguidamente se prepara otro conector para que el puerto paralelo del

ordenador alimente el circuito por uno de sus pins y al mismo tiempo por otro

de sus pins pase la información de salida del circuito, a parte de conectar

también la masa del circuito.

Ejecutando el programa creado se comprueba que funciona

correctamente el primer montaje y que responde perfectamente a los cambios

del sensor.

Seguidamente se procede a cambiar el sensor de temperatura por un

sensor de luminosidad y a repetir todo el proceso, comprobando su correcto

funcionamiento.

!

2.4. DESCRIPCION DEL SEGUNDO DISEÑO

Una vez validado el primer montaje se procede a realizar una ampliación

de este. En lugar de un NE555 se colocan dos y se conectan de forma

pertinente siguiendo el esquema del data-sheet anteriormente mostrada.

Se añade otro conector para poder alimentar los dos integrados de

forma independiente y al mismo tiempo poder generar otra salida para poder

visualizar las dos por el osciloscopio independientemente la una de la otra.

Una vez comprobado su correcto funcionamiento se procede a preparar

el cable apantallado para observar el comportamiento del sensor; colocando el

sensor en un extremo del cable y conectando el otro extremo al circuito. El

esquema del siguiente montaje es el siguiente:

Como se puede observar en el esquema, el C1 se ha soldado en el

cable apantallado como se explicará mas tarde entre la malla y el hilo que

corresponde con la conexión de las patillas del integrado 2 y 6 consiguiendo de

esta forma que si en un futuro se hiciesen sensores resistivos nuevos no habría

que modificar la placa.

El objetivo es conseguir una cierta independencia con respecto al

circuito consiguiendo de esta forma situar el sensor en el lugar que nos interese

y ganando de esta forma movilidad.

Antes de realizar este paso se comprueba cual es la resistencia del

cable para poder afirmar que no va a generar ningún tipo de problema.

2.5. DESCRIPCION DEL MONTAJE DEL CONDENSADOR EN EL

CABLE APANTALLADO

Una vez comprobado que se puede despreciar la resistencia del cable

que es de 5 Ω se procede a colocar el condensador que esta situado en serie

con el sensor resistivo en el mismo cable apantallado a modo de conseguir un

sistema en el cual se pueda conectar el sensor resistivo en cualquier de las

cuatro entradas que tiene el sistema independientemente del sensor que se

conecte.

El resultado teórico corresponde al siguiente esquema:

Consiguiendo de esta forma que si se cambiase el sensor por otro, ya

sea por rotura o por conseguir nuevos sensores más precisos, no se tenga

que modificar la placa principal del sistema existente ya que se tendría que

hacer otra nueva con lo cual únicamente se tendría que modificar el software

del programa.

Para colocar el condensador dentro del cable apantallado el proceso es

el siguiente:

1. Calcular los diez centímetros aproximadamente desde el extremo

del conector, marcando el punto con bolígrafo.

2. Pelar medio centímetro de la cubierta de protección del cable

apantallado dejando a la vista la malla del apantallamiento.

3. Retirar hacia un mismo sitio toda la malla del apantallamiento

dejando al aire los dos hilos que van por dentro de la malla.

4. Cortar la protección que separa la malla de los dos hilos,

consiguiendo de esta forma separar los dos hilos que van por el

interior de la malla, ya que únicamente necesitamos manipular

uno de los dos hilos.

5. Pelar el hilo que corresponde siguiendo el esquema del

temporizador integrado, en el cual va conectado una pata del

condensador.

6. Colocar el condensador entre el cable pelado y la malla según

marca el data-sheet para su correcto funcionamiento.

7. Cortar la parte sobrante de las patas del condensador una vez

presentado.

8. Soldar con estaño las dos patas del condensador, una a la malla

del cable y la otra al hilo pelado anteriormente.

9. Comprobar que no existe ningún tipo de contacto entre los

diferentes hilos y la malla.

10. Colocar el sensor en el otro extremo del cable apantallado y

comprobar el correcto funcionamiento del circuito.

11. Envolver toda la zona del condensador con Araldit consiguiendo

de esta forma volver a proteger el cable y evitando así una rotura

del cable en un futuro.

El resultado final es el observado en la siguiente imagen:

2.6. DESCRIPCION DEL MONTAJE DE LAS NTC EN EL CABLE

APANTALLADO

Para colocar la NTC en el extremo del cable hay que seguir es siguiente

procedimiento:

1. Pelar un centímetro del cable apantallado del extremo opuesto al

del conector, retirando únicamente la parte que protege la malla y

los dos hilos.

2. Separar con cuidado la malla de los dos hilos y recortarla de

forma que sólo se puedan apreciar los dos hilos quedando de

esta forma la malla aislada del sensor ya que la malla del cable

apantallado es la que conecta con la masa del circuito.

3. Pelar la punta de los dos hilos restantes.

4. Colocar cada una de las patas de la NTC con cada hilo vigilando

que no haya contacto entre ellas.

5. Cortar las patas de la NTC a la medida correcta.

6. Soldar con estaño las dos patas de la NTC con su respectivo

hilo.

7. Comprobar su correcto funcionamiento.

8. Cubrir toda la zona de la NTC hasta el cable con Araldit

consiguiendo de esta forma poder introducirla en diferentes

líquidos por ejemplo, protegiendo de esta forma también el cable.

9. Dejar secar durante 24 horas el Araldit y una vez secado volver a

comprobar su correcto funcionamiento.

El resultado final es el observado en la siguiente imagen:

2.7. DESCRIPCION DEL MONTAJE DE LAS LDRs EN EL CABL E

APANTALLADO

Para colocar la LDR en el extremo del cable hay que seguir es siguiente

procedimiento:

1. Pelar dos centímetro del cable apantallado del extremo opuesto al

del conector, retirando únicamente la parte que protege la malla y

los dos hilos.

2. Separar con cuidado la malla de los dos hilos y recortarla de

forma que sólo se puedan apreciar los dos hilos quedando de

esta forma la malla aislada del sensor ya que la malla del cable

apantallado es la que conecta con la masa del circuito.

3. Pelar la punta de los dos hilos restantes.

4. Coger el tapón de un bolígrafo marca “PILOTS” de color negro

para conseguir de esta forma poder enfocar con la LDR al lugar a

estudiar y realizarle dos pequeñas oberturas en su extremo

cerrado.

5. Colocar la LDR dentro del tapón haciendo pasar cada una de las

patas por los dos agujeros anteriormente realizados.

6. Colocar cada una de las patas de la LDR con cada hilo vigilando

que no haya contacto entre ellas.

7. Cortar las patas de la LDR a la medida correcta.

8. Soldar con estaño cada una de las dos patas de la LDR con los

dos hilos respectivos.

9. Comprobar su correcto funcionamiento.

10. Cubrir con Araldit toda la zona, desde el extremo del cable pelado

hasta el inicio del tapón protegiendo de esta forma el cable y el

conexionado.

11. Dejar secar 24 horas el Araldit y una vez secado volver a

comprobar su correcto funcionamiento.

El resultado final es el observado en la siguiente imagen:

2.8. DESCRIPCION DEL MONTAJE DEL JACK EN EL CABLE

APANTALLADO

La conexión del cable al circuito es con un jack stereo estándar de 3 ½

el cual va conectado de la siguiente forma:

Para la correcta conexión de los dos hilos y la malla con el jack hembra

que esta situado en la placa del circuito hay que comprobar la conductividad

con el tester marcando en todo momento que parte del jack se corresponde

con la hembra según se muestra en la siguiente imagen:

Una vez comprobado, se suelda un hilo a cada conector del jack, se

cierra con la protección y se vuelve a comprobar su correcto funcionamiento.

De esta forma queda el sensor completado, desde la conexión con la

placa hasta el extremo en el cual están situados los sensores quedando los

sensores como se puede apreciar en las siguientes imágenes:

!

2.9. REALIZACIÓN DE LA TARJETA DE CIRCUITO IMPRESO

Una vez realizados todos los pasos anteriores, después de haber

realizado el sistema en una placa normal de baquelita, haberla probado

confirmando su correcto funcionamiento, es el momento de realizar el montaje

final.

En este aspecto, la solución definitiva se llevará a cabo en la forma de

una tarjeta de circuito impreso o PCB (Printed Circuit Borrad).

Para la realización del diseño de la tarjeta de circuito impreso existen

diferentes programas preparados para esta función como puede ser el Tango,

Orcad, Autocad y Protel entre otros muchos que existen en el mercado. El

programa que se ha utilizado es “Protel DXP” como se puede observar en la

siguiente imagen:

Para poder realizar el diseño de la placa hay que seguir el siguiente

procedimiento:

1. Buscar en las librerías los diferentes componentes que se necesitan

para diseñar la placa, desde los temporizadores integrados, las

resistencias, los condensadores y por último los diferentes conectores

que se van a utilizar.

2. En caso de que en las librerías no se encuentre el componente

solicitado hay que crearlo, cosa que conlleva mucho tiempo de trabajo y

que no es nada fácil, aunque siguiendo los pasos indicados con el

tutorial (ver anexo) se puede realizar.

3. Cuando ya se tienen todos los componentes insertados en el plano de

trabajo creado por el programa hay que colocar todos los componentes

e interconectandolos entre ellos siguiendo su conexión consiguiendo

realizar el esquema electrónico deseado como se muestra en la

siguiente imagen:

El esquema electrónico es el siguiente:

4. Una vez interconexionado hay que pasar del esquema al diseño en

cuestión de la placa en el cual ya se introducen las medidas de la

placa, la medida en la cual va colocado cada componente respecto del

otro y se vuelve a comprobar que los componentes sean los correctos ya

que en ese instante aparece el plano con los agujeros del componente

seleccionado anteriormente y que puede que no concuerde con el

componente que tienes ya que a la hora de elegir el componente parece

que es el mismo modelo, es decir es inapreciable pero luego cuando te

marca los agujeros en la placa se debe comprobar para no tener que

repetir todo el proceso anterior puesto que esa placa ya no sirve.

Uno de los problemas que se presentó al realizar este paso es que el

jack hembra inicialmente era correcto pero al pasar del plano del

esquema al plano del diseño de la placa se comprobó que eran

diferentes con lo que hubo que crear un componente a medida como se

puede apreciar en la siguiente imagen:

Para crear un componente nuevo hay que tomar medidas del

componente, tomar las medidas de las patillas teniendo en cuenta las

distancias entre las diferentes patillas y su localización exacta como se

puede apreciar en la imagen anterior.

5. Una vez está colocado el nuevo componente y estando todo colocado a

medida se procede a dibujar las pistas que conectan el circuito teniendo

en cuenta que la placa que se va a utilizar es de una sola capa

(monocapa) hay que ir haciendo los puentes (en su sentido mas estricto

de la palabra) correspondientes de forma que no se crucen las pistas.

En la siguiente imagen se puede apreciar:

Hay que destacar de esta imagen que el resto de placa en el cual no hay

pistas dibujadas se ha utilizado de plano de masa de la placa evitando

así interferencias entre las distintas pista ya que en una placa es muy

importante el plano de masas.

6. Una vez están los pasos anteriormente realizados hay que decidir el

diámetro de los agujeros que se realizaran y ampliarlos un poco con

respecto al agujero inicial que el propio programa te da por defecto, ya

que está pensado para que cuando este la placa hecha una maquina

realice los agujeros perfectamente.

Como no es nuestro caso, ya que los agujeros se van a realizar en un

banco de taladro manual hay que modificar los agujeros como se

muestra en la siguiente imagen:

En este caso en particular los agujeros para collar la placa a la caja se

han hecho de 4 milímetros de diámetro, los agujeros del jack hembra se

han hecho de 2 milímetros de diámetro, los dos agujeros del soporte del

conector del puerto paralelo se han hecho de 3 milímetros de diámetro y

el resto de agujeros de la placa donde van colocados el conector de 25

patillas del puerto paralelo, los puentes, los temporizadores integrados,

los condensadores y las resistencias es de 1.5 milímetros de diámetro.

7. Seguidamente hay que modificar también el tamaño de las pistas ya que

a la hora de realizar la insolación de la placa como no disponemos de la

tecnología necesaria si las pistas son muy finas pueden llegar a juntarse

entre ellas o bien no salir bien una vez insoladas. La siguiente imagen

muestra como hacerlo con el programa Protel DXP:

Destacar que las pistas son todas rectas y que los cambios de dirección son

todos de 45º.

8. Una vez se han realizado todos los pasos anteriores hay que imprimir en

un folio din A-4 la placa, comprobar que todo esta correctamente

conectado y concuerda todo y realizar dos fotocopias en papel de

transparencia con el contraste de la fotocopiadora al 50 % ya que sino

calienta el papel de transparencia demasiado deformándolo con lo que

no sirve esa hoja.

9. Una vez se tienen las dos transparencias hay que comprobar junto con

el original impreso que coinciden a la perfección. El siguiente paso es

recortar los extremos de una de las dos transparencias para pegarla

con celo transparente encima de la otra transparencia consiguiendo de

esta forma que resaltar mucho mas las partes negras para que no haya

problemas a la hora de insolar la placa.

10. Llevar la placa a insolar obteniendo el siguiente resultado: una cara con

todas las pistas y los agujeros marcados para su posterior taladro y otra

cara de color verde en el cual se pueden ver las pistas. Las siguientes

imágenes muestran el teoríco resultado final:

Con esto concluye la parte del diseño de la placa.

2.10. MECANIZADO DE LA TARJETA DE CIRCUITO IMPRESO

Una vez se tiene la placa insolada hay que comprobar varias cosas para

que no haya problemas a la hora de comprobar su correcto funcionamiento una

vez montada.

Una de de ellas es comprobar que todas las pistas conducen

correctamente, independientemente las unas de las otras. Comprobando que

no haya ninguna pista que no conduzca por algún tipo de rallado o arañazo.

Comprobado que todo es correcto, se procede al mecanizado de la

placa:

1. Recortar con una sierra de cortar metal el resto de la placa que

sobrepasa las medidas de la placa que son de 12 x 18 centímetros, ya

que la placa que se compró inicialmente era mas larga y mas ancha

(16 x 24 centímetros).

2. Limar las rebabas de la placa para que quede uniforme evitando así

posibles cortes a la hora de mecanizarla.

3. Taladrar con broca de metal de 4 milímetros de diámetro los agujeros

para collar a la caja donde irá alojada la placa que se encuentran en las

cuatro esquinas de la placa.

4. Taladrar con broca de metal de 3 milímetros de diámetro los agujeros

para los dos soportes de enganche del conector del puerto paralelo.

5. Taladrar con broca de metal de 1.25 milímetros de diámetro los

agujeros de los cuatro jack hembra.

6. Taladrar con broca de metal de 0.8 milímetros de diámetro el resto de

los agujeros restantes de la placa. Es muy importante realizar los

agujeros con un banco de taladrar ya que es muy importante que los

agujeros sean hechos con una perfección milimétrica ya que si no se

realiza de esta forma es más que probable que luego no funcione la

placa.

7. Una vez están todos los agujeros de la placa hechos hay que limpiar

muy bien la placa del polvo que ha soltado la misma placa al hacerle los

agujeros, si es posible con aire a presión dejándolo de esta forma bien

limpios.

8. Volver a comprobar la correcta conductividad de todas las pistas de la

placa ya que después de todo el mecanizado es probable que se haya

llevado algún golpe o arañazo la placa cortando la conductividad en

alguna pista.

2.11. SOLDADURA DE LOS COMPONENTES A LA TARJETA DE

CIRCUITO IMPRESO

Una vez mecanizada la placa (tarjeta de circuito impreso) hay que

proceder a soldar los componentes en la placa. Inicialmente los componentes

se tienen que introducir por la cara de la placa en la cual no están las pistas (la

que es de color verde anteriormente enseñada) de forma que en la cara en la

cual están las pistas que conducen, junto con el plano de masa es la parte de

debajo de la placa y es en la que se tienen que soldar.

Aunque en este caso, cuando se insoló la placa, insolaron las dos caras

al revés con lo que si se introducen los componentes por la cara verde se

produce el efecto espejo, es decir todos los componentes quedan al revés.

Así pues, también se pueden soldar los componentes a la placa pero

introduciéndolos en la cara que conduce directamente y soldándolos desde

arriba, el resultado si sale bien es el mismo, es decir el correcto funcionamiento

de la placa pero la dificultad es mayor.

!

Una solución es comprar otra placa nueva y volverlo a insolar repitiendo

otra vez todo el mecanizado pero como el presupuesto del proyecto es

pequeño y también es correcto soldar la placa de la segunda manera

anteriormente mencionada, se procedió a soldar los componentes no sin pasar

grandes dificultades ya que para soldar las resistencias, los condensadores y

los puentes no hubo grandes dificultades, aunque si que las hubo a la hora de

soldar los zócalos, las hembras del jack y sobre todo el conector de 25 pins del

puerto paralelo.

Una vez soldados todos los componentes, se procedió a comprobar la

conductividad de todas las pistas quedando la placa lista para ser probada.

2.12. MECANIZADO DE LA CAJA

El sistema de adquisición de datos provenientes de sensores resistivos

va introducido dentro de una caja de metal de 12 x 18 x 6 para proteger la

placa de golpes, polvo y cualquier tipo de problema que pudiese tener si no

estuviese la placa protegida por la caja.

Para el correcto mecanizado de la caja hay que realizar los siguientes pasos:

1. Presentar la placa encima de la caja tomando la medida de los cuatro

agujeros que harán de soporte de la placa, marcando con un rotulador el

lugar exacto donde deben ir los cuatro agujeros respecto de la placa.

2. Marcar con un lápiz la altura en la cual debe ir la placa aguantada por

los cuatro tornillos que harán de soportes. En este caso la altura a la que

va a ir colocada la placa es de 3.5 centímetros.

3. Marcar con un lápiz la altura respecto de la tomada un momento antes

de la parte inferior y superior del conector del puerto paralelo marcando

también el ancho y los dos agujeros del conector del puerto paralelo.

4. Marcar en el otro extremo de la caja la altura donde irán los jacks

hembras respecto de la altura de la placa tomada anteriormente y

presentando la placa encima de la caja tomar las medidas del ancho en

el cual va a ir cada hembra de jack. Marcando de esta forma con

rotulador los puntos exactos donde van a ir los agujeros del jack hembra.

5. En un banco de trabajo taladrar todos los agujeros de la caja con una

broca de 3 milímetros de diámetro para que al realizar los siguientes

agujeros de diámetros superiores no haya problemas.

6. Taladrar con broca de metal de 4 milímetros de diámetro los cuatro

agujeros que servirán para que se pueda sujetar la placa a la caja.

7. Repasar con broca de metal de 3 milímetros de diámetro los dos

agujeros del conector de 25 pins del puerto paralelo.

8. Taladrar con broca de metal de 6 milímetros de diámetro los cuatro

agujeros del jack hembra.

9. Realizar agujeros con broca de metal de 6 milímetros el uno al lado del

otro creando de esta forma el agujero del conector de 25 pins del puerto

paralelo.

10. Repasar con una lima todos los agujeros quitándoles de esta forma toda

la rebaba creada y evitando así posibles cortes.

11. Montar la placa dentro de la caja para realizar pequeños ajustes de los

agujeros.

Una vez terminada la mecanización de la caja y montada la placa el

resultado final es el siguiente:

3. RESULTADOS

3.1 ÁMBITO DE UTILIZACIÓN

El ámbito de utilización de este sistema está ideado para la realización

de proyectos de bajo presupuesto, consiguiendo controlar de esta forma

cualquier tipo de aplicación relacionada con alguno de los sensores resistivos

en cuestión y de una forma segura puesto que el temporizador integrado

NE555 esta totalmente demostrado que es muy fiable.

Simplemente con el sistema creado, un ordenador obsoleto y un sistema

operativo en este caso LINUX, se podrían realizar grandes cosas como por

ejemplo controlar la temperatura de un invernadero con los sensores de

temperatura y con los sensores de luminosidad se podría controlar el momento

en que se podría comenzar a regar. Simplemente con esta aplicación se

podrían controlar los invernaderos del sur de España por poner un ejemplo ya

que en esas regiones, el agua para el cultivo va muy limitada. Este proyecto

tiene un ámbito de utilización muy amplio ya que muchas empresas podrían

beneficiarse de él invirtiendo muy poco dinero.

Destacar también que colocando un multiplexor delante del puerto

paralelo se podría llegar a conseguir colocar unos 1280 (256x5) sensores que

seguirían controlados por el mismo ordenador obsoleto destacando también

que con el cable utilizado se podría colocar el sensor resistivo a una distancia

bastante considerable sin que hubiese problemas.

3.2. CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES

Una vez el sistema está acabado y se comprueba su correcto

funcionamiento llega el momento de realizar la calibración de los sensores. En

este caso se va a calibrar los sensores resistivos de temperatura (NTCs). Para

ello hay que ir al laboratorio de física de materiales dieléctricos que está

situado en el edificio TR5. Para poder calibrar los sensores es necesario que se

lleve asta el departamento el sistema creado y el ordenador obsoleto que

estamos utilizando ya que tiene incorporado el sistema LINUX además de los

programas informáticos creados para ello como se puede apreciar en la

siguiente imagen:

Destacar que como las NTCs no tienen un comportamiento lineal, se va

a intentar hacer por programa una linealización, para ello se va a introducir la

NTC al horno, a diferentes temperaturas y se va a tomar el periodo de salida

que nos va a dar es sistema en cada momento.

Seguidamente se va a realizar una tabla con todos los datos y se va a

sacar la ecuación de la recta equivalente.

Una vez obtenida la ecuación de la recta equivalente se le van a

introducir los valores al programa creado, con lo que la única incógnita por

despejar para conseguir la temperatura va a ser el periodo, que es el que nos

da el sistema en cuestión obteniendo de esta forma la temperatura en ese

instante.

La tabla de valores generada después de tomar las medidas oportunas

cada 5ºC partiendo desde 60ºC es la siguiente:

Temperatura

ºC

Tiempo

medio 0

Desviación

estándar 0

+/-

Tiempo

medio 1

Desviación

estándar 1

+/-

60 307.88 8.80 293.68 8.55

55.2 383.22 14.06 371.49 23.08

50.4 456.04 20.68 445.71 22.54

45 511.50 16.84 521.30 25.1

40 612.09 1.75 616.63 24.17

35.1 753.35 15.69 757.96 15.49

30.1 915.95 8.14 921.45 12.99

25.1 1104.77 1.92 1107.47 2.07

20.1 1378.78 2.90 1371.15 1.57

15.2 1699.90 4.02 1670.75 2.58

Una vez rellenada la tabla de valores se realizan las diferentes graficas

obteniendo las ecuaciones de las rectas anteriormente mencionadas. Se han

realizado dos tipos de gráficas, con eje “y” logarítmico y con eje de

coordenadas para cada uno de los dos periodos con el fin de observar si se

conseguía una linealización aceptable. El resultado es el siguiente:

• Gráfica del estado 0 con eje de ordenadas lineal:

• Gráfica del estado 0 con eje de ordenadas logarítmico:

• Gráfica del estado 1 con eje de ordenadas lineal:

• Gráfica del estado 1 con eje de ordenadas logarítmico:

3.3. DESCRIPCIÓN FUNCIONAMIENTO PROGRAMAS

En todo el proyecto hay varios programas creados en C++, uno de los

programas creados ha sido el programa que nos permite leer el periodo medio

tanto del tiempo que la salida está en estado bajo como el tiempo medio que la

salida está en estado alto durante un tiempo, es decir hace una media de todos

los periodos durante un cierto tiempo dando los periodos medios, su

desviación estándar y además desprecia los periodos que no están dentro del

intervalo lógico de medición dando de esta forma nuevos periodos mucho más

fiables como demuestra la siguiente imagen:

Otros de los programas utilizados es el que se ha utilizado para calibrar

la NTC.

Es un programa ampliado del anterior destacando que se le a

introducido la formula de la recta de regresión exponencial creada a partir de

las medidas realizadas anteriormente, con la cual introduciéndole los valores

calculados obtenidos de las medidas anteriormente y dejando como única

incógnita el valor del periodo de medición, el programa te muestra por pantalla

los periodos medios igual que el programa anterior pero además te indica otras

magnitudes.

La siguiente imagen muestra el valor de la temperatura una vez

calibrado el sistema y probado a 40 ºC:

Como se puede observar en la imagen el programa no sólo muestra el

resultado de la medida sino que también muestra los valores que se han

introducido al linealizar el sensor para obtener la temperatura. Considerando

que la ecuación de una NTC no es lineal se puede decir que la calibración es

bastante correcta lo que significa que si se tuviese que trabajar con este

sistema en lugares donde hace falta una gran rapidez de respuesta no se

podría pero en lugares en el cual no necesitas tanta rapidez de respuesta se

puede utilizar perfectamente.

!

Destacar que se ha conseguido calibrar el sistema de forma que el error

máximo en el intervalo medido sea de +/- 1 ºC.

Otro de los programas creados es con lenguaje HTML (Hyper Text Mark

Up Language) o lenguaje de marcas Hipertexto.

La página creada es la que aparece cuando consultas desde internet los

periodos, esta pagina está aprovechada de uno de los proyectos anteriores y

sería una de las posibles mejoras futuras del proyecto, la pagina en cuestión es

la siguiente:

Como se puede apreciar la primera parte de la página que indica el

encendido y el apagado, corresponde al proyecte anterior.

En este proyecto se ha aprovechado la parte inferior en la cual se puede

leer “lectura de la frecuencia” con lo que se pueden ver los periodos desde

cualquier punto en el que haya conexión a internet.

3.4. APLICACIONES DEL PROYECTO

El sistema de adquisición de datos a través de sensores resistivos tiene

muchísimas aplicaciones válidas para diferentes campos.

Este sistema se puede utilizar para cualquier aplicación como pueden

ser las siguientes:

• Compensación de dispositivos con coeficiente de temperatura

positivo.

• Medida de detección de nivel de líquidos.

• Medida de velocidad de fluidos.

• Medida de composición de gases.

• Alarmas de temperatura.

• Protección de sobrecorrientes.

• Medida de luz.

• Detección de presencia y posición.

4. COMENTARIOS FINALES

4.1. PLAN DE TRABAJO

A continuación se indican los pasos realizados durante la totalidad del

proyecto. Están ordenados por orden, es decir, el primero es el primer paso

que efectuamos, hasta llegar al final, que será el último:

1. Estudio del modo de trabajo del temporizador integrado NE555.

2. Realización del primer montaje en una placa de baquelita con un solo

integrado y un potenciómetro y seguidamente con un sensor resistivo.

3. Realización de diversas pruebas con el primer montaje, tanto en lo que

se refiere a componentes como con el programa en C++ para

comprobar su correcto funcionamiento.

4. Realización del segundo montaje en la placa anteriormente mencionada

con dos integrados.

5. Realización de pruebas utilizando el cable apantallado.

6. Montaje de los diferentes condensadores en el cable apantallado con

sus respectivas pruebas para comprobar su correcto funcionamiento.

7. Montaje de los conectores jack de 3 ½ en el cable apantallado con sus

respectivas pruebas para comprobar su correcto funcionamiento.

8. Montaje de los sensores resistivos (NTCs y LDRs) en el cable

apantallado con sus respectivas pruebas para comprobar su correcto

funcionamiento.

9. Realización del diseño de la tarjeta de circuito impreso con el programa

“PROTEL DXP”.

10. Mecanización de la tarjeta de circuito impreso.

11. Soldar los componentes y conectores en la tarjeta de circuito impreso.

12. Realización de diversas pruebas con la tarjeta de circuito impreso una

vez finalizada.

13. Mecanización de la caja metálica para la tarjeta de circuito impreso.

14. Calibración de los sensores.

4.2. PRESUPUESTO

Uno de los objetivos del proyecto es conseguir construir un sistema de

adquisición de datos con sensores resistivos con componentes accesibles y,

sobretodo, de bajo coste. A continuación se detallan los precios de todos los

componentes y elementos que han intervenido en la construcción del proyecto:

MATERIAL UNIDADES PRECIO p/u (€) PRECIO TOTAL (€)

Placa de baquelita 1 8.00 8.00

Temporizador integrado

LM555 10 0.53 5.30

Cable fexible 1x0.75 8 0.13 1.04

Condensador poliéster C33 2 0.09 0.18

Condensador poliéster C22 2 0.24 0.48

Condensador poliéster C47 2 0.12 0.24

Condensador poliéster

C100nF 8 0.40 3.20

Condensador poliéster C15 2 0.15 0.30

Jack hembra 3 ½ mm

stereo empotrado 6 0.75 4.50

Jack macho 3 ½ mm 6 0.50 3.00

Resistencia 1.2KΩ 10 0.41 4.10

MATERIAL UNIDADES PRECIO p/u (€) PRECIO TOTAL (€)

Conector hembra tipo D 25

pins para puerto paralelo 3 1.50 4.50

Conector macho tipo D 25

pins para puerto paralelo 1 0.75 0.75

Cable apantallado EMELEC

2X0.25 low voltaje 6 0.50 3.00

NTCs 47KΩ 2 0.74 1.48

LDRs 4 0.92 3.68

Conector 4 pins 4 0.25 1.00

Broca hierro 0.8mm ∅ 2 1.35 2.70

Broca hierro 1.25mm ∅ 2 1.10 2.20

Broca hierro 3mm ∅ 1 0.60 0.60

Broca hierro 4mm ∅ 1 0.53 0.53

Caja metálica 12x6x18 1 12.60 12.60

Tarjeta circuito impreso

16x24 monocapa 1 14.00 14.00

Tornillería variada 1 5.45 5.45

Araldit 1 6.75 6.75

Horas de montaje 15 30.00 450.00

TOTAL 539.58€

4.3. CONCLUSIONES

1. Los cuatro pins de entrada i ocho de salida del puerto paralelo (cuando este

se encuentra en modo estándar) son suficientes para realizar proyectos de

automatización de complicación media.

2. Para este tipo de proyectos, los programas realizados son de baja dificultad.

3. Para transformar la señal a un formato adquirible para el ordenador son

muy útiles los biestables NE555. Estos integrados juegan un papel muy

importante en la transformación de la señal analógica a digital, sobre todo

por su bajo coste y su alto rendimiento.

4. Hay muchísimos componentes electrónicos de muy bajo coste como los

utilizados en este proyecto que constituyen sensores muy útiles.

5. Los formularios y los programas “CGI_Bin” permiten controlar remotamente

el montaje, sin necesidad de ningún software específico por el que haya que

pagar licencias.

6. Las ideas que se han implementado son lo suficientes generales como para

poder ser aplicadas en una gran variedad de finalidades.

4.4. MEJORAS FUTURAS

1. Adaptación a otros puertos estándares del ordenador como puede ser el

puerto USB que cada día se utiliza más y está dejando obsoleto el puerto

paralelo.

2. Creación de nuevos sensores resistivos como puede ser una

magnetorresistencia que ha sido imposible encontrarla para la realización

de este proyecto.

3. Realización de futuras prácticas de física reproduciendo el sistema de

adquisición de datos a través de sensores resistivos creado.

4. Desarrollar mucho más el apartado del control del sistema por internet.

5. Crear un programa de ordenador tipo PID, combinado con un relé

conectado al puerto paralelo para poder interactuar con el sistema además

de recibir datos.

5. BIBLIOGRAFÍA

Libros:

• Donald L. Schilling, Charles Belove, (3ª Edición 1993). Circuitos

Electrónicos. Editorial McGraw Hill.

• Miguel A. Pérez García, Juan C. Álvarez Antón, Juan C. Campo Rodríguez,

Francisco Javier Ferrero Martín, Gustavo J. Grillo Ortega. Instrumentación

Electrónica. Editorial Thomson.

• Holt, C.A. (1989). Circuitos electrónicos. Digitales y analógicos. Sant Joan Despí. Editorial Reverté.

• Curso Práctico de Electrónica Digital, editorial Cekit. Páginas web: • www.tlpd.org/HOWTO/IO_Port_Programming.html

• http://www.national.com - datasheet del 555

• http://www.onsemi.com

Agradezco la colaboración a:

• Daniel Pérez Robles

• Joan Puig Pascual

• En especial a Jordi Sellarés, tutor del proyecto.