upc eetac_1

Projecte P5: Connectem circuits elèctrics al control digital Arduino


Drivers de potència

1. Relé electromecànic amb aïllament galvànic

Dissenyarem una targeta PCB per col·locar diversos elements: polsadors, sensors, i circuits excitadors (drivers) de càrregues de potència.

Relé

Fig.1. Relé.

2. Buffers de potència BJT - MOSFET per activar càrregues DC

Per activar càrregues de potència que hagin d'estar optoacoblades, es pot usar un transistor de potència BJT, un parell Darlington, o bé transistors de potència MOSFET.

BD139

Fig. 2. Transistor de potència BD139

P_MOS

Fig. 2. Transistor P-MOS de potència IRF9530. L'equivalent N_MOS és el IRF530.

3. Targeta PCB

Usarem el programari gratuït EAGLE , versió 7.7 per realitzar la targeta de circuit imprès que ens facilitarà de realització de connexions i experiments. Simulació de la targeta en Proteus. Disseny del PCB en Eagle.

Una oprtunitat per aprendre a soldar components electrònics.

Esquemàtic

Fig. 3. Esquema proposat en Eagle.

 

Components

Fig. 4. Emplaçament dels components.


Board

Fig. 5. Disseny final de les pistes només la cara de sota.

Munteu i soldeu el prototip. No és necessari de soldar tots els components, simplement les tires-pin de connexió a l'Arduino i els subcircuits que vulgueu usar.

 

Projecte 5.3

Accionament de drivers de potència i relés electromagnètics.

Comproveu que funciona realitzant diversos experiments: intermitent LED (P4_1), detecció de polsadors (P4_2), activació ON/OFF de motors o làmpades (P4_3), etc.  Aquest és un exemple de P5_3.ino per verificar els diversos drivers i polsadors, derivat del P4_3. El diagrama de flux que s'ha traduit simplement incorpora la detecció de diversos polsadors.

Fixeu-vos que en aquest programa també s'ha usat el monitor sèrie per representar missatges:

- Observeu com cal escriure els caràcters especials, com ara les llegres accentuades). Compte, perquè diferents ports sèrie és possible que entenguin diferents codificacions. Per exemple, aquest mateix fitxer P5_3.ino  funciona bé en el monitor sèrie del simulador Proteus.

- I avancem continguts del P6: com ara la digitalització (conversió analògica a digital) de voltatges. Observeu com es tracten les variables int i float i com s'implementen equacions en C.

A més a més, aquesta és la simulació en Proteus P5_3.pdsprj per comprovar abans de carregar el programa a la placa Arduino que tot funciona com és previst.

Per exemple, la càrrega resistiva connectada a la IO11 i excitada mitjançant un transistor PMOS com veieu a la Figura 6. Evidentment, la càrrega pot canviar-se. Per exemple un LED de potència de 12 V o 24 V amb el qual vulguem fer una làmpada amb il·luminació ajustable (LED dimmer).

Driver PMOS

Fig. 6. Driver excitador d'una càrrega resistiva de potència basat en un transistor PMOS.  El voltatge VIN és ajustable a la tensió DC que més ens convingui. Comproveu a les especificacions del transistor quin és el valor màxim.

 


 Accionament de làmpada 220 V amb detector de presència

1. Especificacions

Projecte 5.4

 Dissenyarem el típic circuit que permet estalviar electricitat quan no hi ha ningú. Un circuit que ens permet arrencar una làmpada 220 V en detectar alguna persona i apagar-la un temps després de no detectar ningú.

Esquema: components, sensors i actuadors.

2. Sensor PIR

Podem usar un sensor  PIR i usar-lo d'entrada com expliquen en aquest tutorial. Sensibilitat, temporització, modes de funcionament. Examinem també com està organitzat el programa de prova que ens donen. 

PIR sensor

Fig. 7. En sensor PIR típic disponible en kits Arduino (ref).

 

Esquema electrònic amb Arduino.

Diagrama de flux del programa que realitza l'acció de control. Podem usar un projecte previ com l'alterior P5_3 i adaptar-lo al sensor de presencia perquè substitueixi els polsadors.  

 

3. Muntatge del prototip amb driver (el relé) de potència

Un exemple de fitxer d'arrencada P5_4.ino heretat del projecte anterior P5_3. Ara funciona amb un polsador per verificar que el relé activa la càrrega de 220 V. Cal alimentar la targeta Arduino amb un 12 V < VIN < 15 V per accionar correctament la bobina del relé.

 

 

Altres referències similars

-

 

 

Aplicacions i activitats introductòries d'exemple

S3. Activitat 3: En grups de treball.

1. Expliqueu com funciona el convertidor A/D de l'Arduino.

2. Busqueu i analitzeu (deduir el diagrma de flux) un programa que permeti traduir i representar en el port sèrie la temperatura capturada pel sensor LM35.directament en °C.

3. Pel circuit de la Figura 6, calculeu quin és el corrent de col·lector de saturació del transistor Q11_1. Quines pèrdues de potència té aquest driver quan està activat?

3. Heu vist que el driver PMOS connectat a la IO11 de la Figura 6 permet activar el 100% de potència sobre la càrrega resistiva ('1') o bé aturar-la al 0% de potència ('0'). Com podem aplicar una potència gradual -analògica- sobre la càrrega resistiva de manera que puguem controlar la temperatura a la que es troba?

4. Com funciona el convertidor D/A de l'Arduino UNO? Quina és la resolució d'un Arduino Due?

5. Com funcionaria el control de velocitat d'un motor de corrent continu de 12V i 3 W  o bé la il·luminació gradual d'un LED de potència de 12 V i 6 W?