Proyecto Ne 9

Contador fotoelctrico de personas y objetos

Conozca elfuncionamiento de

los contadoresautomticos msmodernos que se

encuentran instaladosen las mquinas de las

grandes industrias.

Construyalos, repreloso adptelos a sus

necesidades de conteo

Descripcin general

El contador fotoelctrico que sedescribe en este proyecto es un circuito que cuenta la cantidad de veces que un objeto opaco se interpone entre un rayo de luz y un sensor ptico. El estado de la cuentase visualiza en tres displays de siete segmentos, permitiendo la cuenta en lnea hasta de 999 objetos.

Nuestro contador utiliza comosensor una LDR (resistencia dependiente de la luz) o fotocelda.La luz puede provenir de una fuente natural (sol) o artificial (lmparas incandescentes, fluorescentes, de nen, etc.),

Cuando la cuenta llega a su topemximo (999), el circuito la reinicia nuevamente en 0 y enva unaseal de sobreflujo que puede utilizarse externamente para ampliarla longitud del conteo a 4 ms dgitos.

El circuito tambin proporcionala facilidad de borrar la cuenta (reset) o detenerla (stop) en cualquier momento. No utiliza partesmviles yesextremadamentecompacto, gracias a la adopcin deuna tcnica digital conocida comomultiplex por divisin de tiempo.

Al no existir contacto fsico entre el sensor y el mundo externo,el sistema garantiza la ausencia dedesgaste mecnico y permite contar objetos de cualquier ndole, sinimportar su forma o su peso. Estaes una de sus principales ventajas.

Los contadores fotoelctricos seutilizan en una gran variedad deaplicaciones, domsticas e industriales, y sustituyen a los contadores electromecnicos convencionales (figura 1) en numerosassituaciones.Sepueden emplear para contar personas, animales y objetos como hojas, botellas, latas,cajas, bolsas, etc.

Figura 1. Contadorelectromecnico

Operacin

En la figura 2 se muestra el diagrama de bloques de nuestro contador fotoelctrico. El sistemaconsta, bsicamente, de un sensorde luz (LDR), un conformador depulsos, un contador BCD de 3 dcadas multiplexado, un decodi-

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gundo las decenas y el tercero lascentenas del nmero de pulsos.Figura 2. Diagrama de bloques

lficador de BCD a siete segmentosy un display de 3 dgitos.

En la figura 3 se muestra el circuito correspondiente al conformador de pulsos. En condicionesnormales, la fuente de luz iluminala fotocelda y su resistencia esmuy baja. Como resultado, la entrada del inversor Schmitt-triggerrecibe un alto y su salida es baja

Cuando se interpone un objetoentre el rayo de luz y la fotocelda,laresistenciade esta ltima aumenta, aplicando un bajo a la entradadel inversor Schmitt-trigger. Como respuesta, la salida del circuitorealiza una transicin de bajo aalto, es decir, produce un flancode subida.50

Cuando el objeto deja de interrumpir el rayo de luz, la resistencia de la fotocelda disminuye yla salida del inversor se hace nuevamente baja. El resultado netode este proceso es la emisin deun pulso positivo de voltaje. Estepulso se aplica al contador.

Las fotoceldas no responden inmediatamente a los cambios en laintensidad de la luz incidente y,por tanto, generan seales lentas.Esta es la razn por la cual se emplea una compuerta Schmitt-trigger como dispositivo conformador de pulsos (ver leccin 6).

El potencimetro R1 permiteajustar la sensibilidad de la foto-celda de acuerdo a la intensidad dela luz incidente. La resistencia R2sirve de proteccin, evitando quecircule una corriente excesivacuando el potencimetroest en suposicin de mnima resistencia y laLDR est iluminada.

El contador de pulsos es el corazn de este proyecto. Est desarrollado alrededor de un circuitointegrado MC14553. Este chip,que se estudia en detalle en la leccin 26 de este curso, consiste detres contadores BCD conectadosen cascada.

El primer contador registra, encdigo BCD, las unidades, el se-

Por ejemplo, si han ingresado319 pulsos, en las salidas del primer contador se tendr el cdigoBCD 0011 (3), en las salidas delsegundo el cdigo 0001 (1) y enlas salidas del tercero el cdigo1001 (9).

Estos tres cdigos se rotan se-cuencialmente en las salidas delcontador MC14553, apareciendocada unodurante una pequea fraccin de tiempo (= 1.6 ms) . Estaforma de presentar informacin digital se conoce como multiplexpor divisin de tiempo.

Las salidas del contador alimentan un decodificador 4543B, elcual convierte cada cdigo BCDen un cdigo de siete segmentosque excita, secuencialmente, losdisplays encargados de visualizarlas unidades, decenas y centenasde la cuenta.

En la figura 4 se muestra el dagrama esquemtico completo delcontador fotoelctrico. Los pulsosprovenientes del conformador seaplican al pin 12 del MC14553.Para que la cuenta ocurra, la lneasMR (reset maestro, pin 13) y DIS(inhibidor, pin 11) deben estar ambas en bajo.

Para iniciar la cuenta a partir de000 cancelarla en cualquier momento, debe pulsarse el botn deborrado SI (RESET). De este modo, la lnea MR ( reset maestro,pin 13) del MC14553 recibe unalto y todas las salidas BCD desus contadores internos se haceniguales a 0000.

Para detener la cuenta y congelarla en el ltimo valor registrado,sin borrarla, debe pulsarse el botn de paro S2 (STOP). Cuando esto se hace, la lnea DIS (inhibidor,pin 11) del MC14553 recibe unalto y se inhibe la operacin delos contadores BCD intemos.

El condensador C1 determina lafrecuencia d exploracin, es de-

+ 9 VFigura 4. Diagrama esquemtico

DS1

-DS2

S3

R121K-jwv

-VWR13 1K-WrR14 1K

16 2 1 159

IC2 712 MC 6513 14553 411 3

8 14

8

1

1

16 15324

OFSobreflujo(overflow)

R5 - R1 13300

R1: Potencimetro S2: Stop S1: Reset Cl:,0l|iF

Q12N3906

Q32N3906

e d c Ras T

t

Q22N3906

g f ab

Display 3(Decenas)

Display 2(Centenas)

g f ab

e d c PaTTT

Display 1(Unidades)

cir, la rapidez con la cual elMC14553 muestra secuencial-mente en sus salidas los cdigosde las unidades, decenas y centenas de la cuenta actual.

La lnea de sobreflujo (OF, pin14) es normalmente baja y se hace alta cuando la cuenta registradapor el MC14553 alcanza su valormximo (999). Esta caractersticapermite expandir la longitud delcomeo a 4 ms dgitos.

Las salidas BCD del MC14553estn conectadas a las entradas deldecodificador CD4543. Las salidas de este ltimo, a su vez, manejan los tres displays de presentacin de la cuenta.

Observe que todos los segmentos (a, b, c, etc.) de los displaysestn unidos entre s y sus nodosestn conectados al positivo de lafuente a travs de los transistoresQi, Q2 y Q3. El estado de estostransistores lo controlan las lneasde seleccin DS1, DS2 y DS3 delcontador

Cuando el cdigo BCD disponible en las salidas del contador esel correspondiente a las unidades,

la lnea DS1 (pin 2) se hace baja,el transistor Q1 se energiza y eldisplay de la izquierda visualiza eldgito menos significativo de lacuenta.

Cuando el cdigo disponible esel de las decenas, se hace baja lalnea DS2 (pin 1), el transistor Q2conduce y el dgitocorrespondiente se visualiza en el display delcentro.

Del mismo modo, cuando el cdigo suministrado por el contadores el de las centenas, la lnea DS3(pin 15) se hace baja, el transistorQ3 conduce y el respectivo dgitose visualiza en el display en laderecha.

Una vez terminado este ciclo,que dura aproximadamente 5 mili-segundos, la secuencia se repite.

Los tres displays se energizanuno tras otro, a una velocidad talque da la impresin de que todosestn permanentemente iluminados,aunqueen realidad la informacin que ellos representan estmultiplexadas en el tiempo. Estose debe al fenmeno de persistencia de las imgenes en la retina.

Ensamble en el circuitoimpreso

El montaje del contador fotoelctrico se puede realizar en una tarjeta universal perforada oen el circuito impreso CF-1 de CEKTT.Este ltimo y la gua para la instalacin de componentes se muestran en las figuras 5 y 6.

Comience por soldar todos lospuentes, principalmente los quequedan por debajo de los displays

Contine con todas las resistencias, el condensador C1 y los transistores. Por ltimo, suelde las bases para los circuitos integrados.Orintelos por la muesca que stostraen en la esquina correspondiente al pin 1.

Siga con la instalacin de los displays, cuidando que el punto decimal quede localizadoen la parte inferior derecha.

Instale los circuitos integradosen sus bases, fijndose muy bienque el pin N2 1 de cada uno quedecorrectamente orientado. Cuandoest listo el circuito, asegrese deque todos los componentes estn

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Figura 5. Circuito impresotamao real

Lista de materiales1 Potencimetro de 100 K. R14 Resistencias de IK. R2, R12, R13,

R14.2 Resistencias de 6.8K. R3, R47 Resistencias de 330 2. R5, R6,

R7.R8, R9, RIO, Rll1 Fotoresistencia. LDR1 Condensador de 0.001 [F. C13 Transistores 2N3906 Ql, Q2, Q31 Circuito integrado CD40931 Circuito integrado MC145531 Circuito integrado CD45433 Displays de nodo comn LA6960

MAN67602 Pulsadores N.A.S1, S21 Base para CI de 14 pines2 Bases para CI de 16 pines1 Circuito impreso CF1

Cables de conexinBase de acrlico, tomillos, etc

bien colocados, comparando suposicin con la que les correspon-de de acuerdo a la figura 6.

Ensamble del sensor

Para que el contador opere correctamente,la fotoceldadebe recibir el rayo de luz de la mejor manera posible, evitando que luz natural o la luz reflejada de lmparasy otras fuentes artificiales, altereelproceso de conteo.

Una forma sencilla de lograr esto ltimoes montando la fotoceldaen un pequeo tubo de color negro, de material plstico o de cartn,comose muestraen la fotografa que acompaa este proyecto.

La fotocelda se puede adaptar adiferentes niveles de luz medianteel control de sensibilidad (R1).

Prueba del circuito

Cuando est seguro de que todoelmontajehasidorealizadocorrectamente, conecte la fuente de alimentacin de 9V. Presione el botn de reset. El display del contador debe marcar el nmero 000.

Dirija el sensor hacia un rayo luminoso proveniente, por ejemplo,de una linterna. Interrumpa con lamano el rayo de luz. El contadordebe incrementarse.

Nuestro prximo proyecto:

Construya un

TEMPORIZADORDIGITALFigura 6. Gua para la instalacin de componentes

PROGRAMABLE

Diagrama, diserto del circuitoimp/eso, lista de materiales e

instrucciones para ensamblar unlemporizador digital programable de

0 a 99 segundos, adecuado paraaplicaciones domsticas e

industriales.

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