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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y SISTEMAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

” Letrero para Coliseos programable por teclado vía RF/RS485 utilizando un Sistema Distribuido de PICs” CURSO TALLER DE TESIS PRESENTADA A LA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y SISTEMAS

INTEGRANTES : Est. Ivan Cardenas Añasco

Semestre :

DECIMO

PUNO-PERU 2006

CONTENIDO CONTENIDO...................................................................................................................i LISTA DE FIGURAS.....................................................................................................iii LISTA DE TABLAS.......................................................................................................iv RESUMEN.......................................................................................................................v ABSTRACT....................................................................................................................vi CAPITULO 1...................................................................................................................1 INTRODUCCIÓN...........................................................................................................1 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA................................................................................................1 1.2. HIPÓTESIS......................................................................................................................................3 1.3. OBJETIVOS....................................................................................................................................3 1.3.1. Objetivo General...................................................................................................................3 1.3.2. Objetivos Específicos............................................................................................................3

CAPITULO 2...................................................................................................................4 ESTADO DEL ARTE......................................................................................................4 2.1. MICROCONTROLADOR PIC...........................................................................................................4 2.2. DIODO EMISOR DE LUZ (LED).....................................................................................................6 2.2.1. Principio de Funcionamiento..............................................................................................6 2.2.2. Funcionamiento físico de un LED....................................................................................10 2.2.3. Control de un LED.............................................................................................................12 2.3. SATURACIÓN DEL TRANSISTOR..................................................................................................17 2.4. REGLAS DEL BALONCESTO........................................................................................................20

CAPITULO 3.................................................................................................................30 MATERIALES Y METODOS......................................................................................30 3.1. 3.2.

MÉTODO DE TRANSFERENCIA TÉRMICA....................................................................................30 CONSTRUCCIÓN Y SOLDADURA DE CIRCUITOS.........................................................................35

CAPITULO 4.................................................................................................................40 RESULTADOS...............................................................................................................40 4.1. DISEÑO DEL HARDWARE.............................................................................................................40 4.1.1. Circuito de la consola de mando........................................................................................40 4.1.2. Lectura del teclado AT PS/2...............................................................................................41 4.1.3. Circuito de Control del Marcador deportivo de LEDs......................................................45 4.1.4. Diseño de un segmento y dígito del Marcador Electrónico..............................................46 4.1.5. Circuito de Comunicaciones..............................................................................................47 4.1.6. El RS 485............................................................................................................................48 4.1.7. Proceso de Funcionamiento de la pantalla matricial.......................................................50 4.1.8. Circuito de control de la pantalla matricial.......................................................................53 4.2. ALIMENTACIÓN DE ENERGÍA.......................................................................................................54 4.2.1. Comunicación Serial..........................................................................................................58 4.3. DISEÑO DEL SOFTWARE.............................................................................................................64 4.3.1. Marcador de 24 Segundos..................................................................................................64 4.3.2. Marcador Deportivo...........................................................................................................65 4.3.3. Mando RF...........................................................................................................................66 4.3.4. Comunicación I2C..............................................................................................................67 4.3.5. Conversión analógica digital para presentar la temperatura..........................................67 4.3.6. Comunicación Serial..........................................................................................................68

ii

4.3.7. RS485..................................................................................................................................69 4.3.8. Panel Matricial...................................................................................................................70 4.4. CARACTERÍSTICAS DEL MARCADOR DEPORTIVO.....................................................................71

CAPITULO 5.................................................................................................................74 DISCUSIÓN...................................................................................................................74 BIBLIOGRAFIA...........................................................................................................75 ADDENDA.....................................................................................................................77 A. B. C. D. E.

LYNX RXM-315-LC-S..............................................................................................................77. LYNX TXM-315-LC..................................................................................................................81. 74F373........................................................................................................................................84. 74HC154.....................................................................................................................................86. MICROCONTROLADORES PIC.............................................................................................88.

iii

LISTA DE FIGURAS Fig. 1. Diodos LED utilizados en el Proyecto. Fig. 2. Polarización de un diodo LED. Fig. 3. Símbolo de un diodo LED. Fig. 4. Diodo LED y su chip semiconductor. Fig. 5. Diodo emisor de luz con la unión polarizada en sentido directo. Fig. 6. Diagrama de un Diodo emisor de luz con la unión polarizada en sentido directo. Fig. 7. Efectos producidos según la Utilización de la lente. Fig. 8. Efectos al añadir difusores al material epoxy. Fig. 9. Polarización del transistor. Fig. 10. Curvas características del transistor BJT. Fig. 11. Terreno de juego reglamentario. Fig. 12. Diagrama de zonas de canasta de dos y de tres puntos. Fig. 13. La mesa de anotadores, los banquillos de sustitutos. Fig. 14. Marcas reglamentarias de los tableros. Fig. 15. Soporte reglamentario de los tableros. Fig. 16. Protecciones de tablero. Fig. 17. Situación de los monitores de 24 segundos. Fig. 18. Terreno de juego para las principales competiciones oficiales de la FIBA. Fig. 19. Marcador para las principales competiciones oficiales de la FIBA. Fig. 20. Reloj y dispositivo de 24 segundos para competiciones oficiales de la FIBA. Fig. 21. Microcontrolador PIC, latchs y displays del tablero de mando. Fig. 22. Microcontrolador PIC, latchs y displays del tablero de mando. Fig. 23. Códigos del teclado alfabético. Fig. 24. Códigos del teclado numérico. Fig. 25. Protocolo de host del Teclado AT, bit con paridad impar. Fig. 26. Microcontrolador PIC y Latchs van a los transistores y LEDs. Fig. 27. Control del Contador de 24 Segundos. Fig. 28. Control de un segmento de los dígitos del Marcador Electrónico. Fig. 29. Dígito del Marcador Deportivo. Fig. 30. Transmisor TXM-315-LC-ND. Fig. 31. Receptor RXM-315-LC-S-ND. Fig. 32. Conexionado del Transmisor y Receptor. Fig. 33. Símbolo y diagrama Lógico. Fig. 34. Tabla de funciones. Fig. 35. Aplicación Típica. Fig. 36. Barrido de LEDs en una matris de 16x8. Fig. 37. Control del panel matricial de 16 filas por 64 columnas. Fig. 38. Rectificación de una Fuente de Alimentación CA-CC. Fig. 39. Proceso de Rectificación y Filtrado. Fig. 40. Actuación del condensador en el proceso de Filtrado. Fig. 41. Regulador Discreto de Voltaje. Fig. 42. Voltaje de entrada al regulador Discreto de Voltaje. Fig. 43. Diagrama de conexión del MAX232. Fig. 44. Comunicación Serial. Fig. 45. Voltaje de entrada al regulador Discreto de Voltaje. Fig. 46. Transmisión Serial RF. Fig. 47. Voltajes en el transmisor y receptor RF a 100 Hz y 2 k Hz. Fig. 48. Diagrama de Actividades del Marcador de 24 Segundos. Fig. 49. Diagrama de Actividades del Marcador Electrónico. Fig. 50. Diagrama de Actividades del Mando del Marcador Electrónico. Fig. 51. Diagrama de Actividades de la Comunicación I2C. Fig. 52. Diagrama de Actividades de la Tx y Rx con USART. Fig. 53. Diagrama de Flujo de la Tx y Rx con USART. Fig. 54. Diagrama de Actividades de la comunicación con protocolo RS485. Fig. 55. Diagrama de Flujo del Barrido de LEDs del Panel Matricial. Fig. 56. Disposición del Marcador Deportivo.

iv

6 6 7 9 11 11 15 16 19 20 21 21 22 22 23 23 24 27 27 29 40 41 42 43 44 45 46 46 47 47 48 48 49 49 49 52 53 54 55 56 56 56 58 59 62 62 63 64 65 66 67 67 68 69 70 71

LISTA DE TABLAS Tabla 1. Juego de Instrucciones de PICs 16xxx. Tabla 2. Características de los diodos LED. Tabla 3. Materiales para la fabricación de un diodo y color obtenido. Tabla 4. Códigos enviados por el teclado AT. Tabla 5. Códigos enviados por el teclado AT.

v

5 8 10 43 57

RESUMEN El desarrollo de este producto permite a los administradores de Coliseos contar con marcadores deportivos que permitan llevar competiciones de acuerdo a las reglas oficiales a un coste asequible. El Marcador Electrónico cuenta con los últimos avances tecnológicos en LEDs y sistema de control y comunicaciones. El sistema esta desarrollado a partir de un sistema distribuido de microcontroladores PIC con comunicación vía RF y con conexión serial de respaldo, construido modularmente, permitiendo una mayor fiabilidad y facilidad de mantenimiento. Se ha construido un panel de 2.5 m x 1.60 m en el que se cuenta con 16 dígitos repartidos en 7 marcadores para mostrar el puntaje de los equipos, el tiempo de juego, periodo, faltas por equipo y faltas de jugadores. Adicionalmente tenemos un Marcador de 24 segundos. Y un panel matricial para información general como temperatura, hora oficial, información del campeonato y propagandas de los auspiciadores.

Palabras Clave: Marcador Deportivo, LEDs, Microcontrolador, Sistemas Distribuidos.

vi

ABSTRACT The development of this product allows the administrators of Coliseums to have sport markers that allow to take competitions according to the official rules to an affordable cost. The graphic screen has the last technological advances in LEDs and control systems and communications. The system this developed starting

from

a

distributed

system

of

PIC

microcontrollers

with

RF

communication and with serial connection of back, built by modules, allowing a bigger reliability and maintenance easiness. A screen of 2.5 m x 1.60 m has been built in the one that is had 16 digits distributed in 7 markers to show the punctuation of the teams, the time of game, period, lacks for team and players' lacks. Additionally we have a Marker of 24 seconds. And a matrix screen for general information as temperature, official hour, information of the championship and advertising of the sponsors. Keywords:

Sport Marker, LEDs, Microcontroller, Distributed Systems.

vii

CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN Los microcontroladores están conquistando el mundo. Están presentes en nuestro trabajo, en nuestra casa y en nuestra vida, en general. Se pueden encontrar controlando el funcionamiento de los ratones y teclados de los computadores, en los teléfonos, en los hornos microondas y los televisores de nuestro hogar. Pero la invasión acaba de comenzar y ahora el siglo XXI será testigo de la conquista masiva de estos diminutos computadores, que gobiernan la mayor parte de los aparatos que se fabrican, y que usamos nosotros los humanos. Por ello usaremos un microcontrolador de Microchip por su facilidad de uso y fácil elaboración del software para su programación y el circuito basado en una de las hojas de aplicaciones publicada por MICROCHIP. 1.1.

Planteamiento del Problema En los Coliseos de la región Puno se cuenta con marcadores de puntuación antiguos, utilizando fichas de números y letras y paneles electrónicos muy antiguos. No se cuenta con la flexibilidad necesaria para actualizar datos rápidamente desde la mesa de los jueces del partido,

ocasionando

presentación

de

los

frecuentemente datos.

demoras

Comprar

paneles

y

errores

en

electrónicos

la de

distribuidores en Lima o el Extranjero tiene la desventaja del coste económico y además la dificultad en el mantenimiento de los mismos haciendo muy difícil la reparación en caso de falla. Es por eso que se necesita desarrollar en la región un producto que tenga un coste asequible para los administradores de Coliseos, los cuales son el IPD, municipalidades, instituciones educativas y otras instituciones públicas y privadas. El Marcador Electrónico debe de contar con los últimos avances tecnológicos y además se tiene que garantizar

1

el mantenimiento del mismo en un tiempo razonable, en el caso de la región debe ser sólo algunos días. Antecedentes El VD-1, es un módulo electrónico de dimensiones 203 X 203 mm compuesto por 256 puntos de luz mediante leds de alto brillo (1500, 2000, 2500, 3000 mc. según necesidades), que permiten acoplarse entre sí de forma mural, y componer un rótulo luminoso de las dimensiones que necesite, hasta un máximo

de

256X

256

módulos,

cada

módulo

tiene

un

costo

de

aproximadamente $150 sin incluir gastos de envío. [www.sakma.com] Estos módulos requieren los siguientes elementos para integrarse en un panel digital funcional. 

Cpu de control (8031)



Cpu de control (PC pentium)



Placa bus comunicación 32 bits.



Adaptador filas/columnas.



Módulo conector.



Software de control (runtime)



Software de diseño y control.



Cable / conector (datos I/O y alimentación).



Fuente de alimentacíon. 20A/5V



Mando a distancia.



Sonda de temperatura.



Estructura de aluminio (metro lineal)

Todos estos accesorios tienen un costo aproximado de $2500. Para construir un panel digital hay que agregar un conjunto de módulos VD-1

Caracterización ¿Se puede desarrollar un Marcador Deportivo, programado desde la mesa de los Jueces con un teclado, que permita mostrar información del estado del partido, puntuación, cambios e información sobre auspiciadores, estado del campeonato y otros?

2



Se necesita construir un sistema de alimentación que suministre la energía necesaria para alimentar el panel, también para la consola de mando se debe de diseñar un controlador que permita cargar una batería de 6V e indicar el estado de carga del mismo.



Para enlazar la consola de mando con el panel se debe de diseñar y construir un enlace inalámbrico.



El sistema de control debe de distribuirse en los distintos módulos del Marcador Electrónico.



Se necesita contar con una pantalla que sea visible en distintas condiciones de iluminación.



Una vez que se cuente con el hardware, se debe de implementar aplicaciones software para las distintas competiciones deportivas.

1.2.

Hipótesis Se puede Construir un Marcador Deportivo Digital controlado mediante un Control Distribuido programable por una consola de mando inalámbrica usando teclado AT 101/102.

1.3.

Objetivos 1.3.1. Objetivo General Diseñar e implementar un Marcador Deportivo programado remotamente por teclado AT 101/102 utilizando un Sistema Distribuido de PICs de Microchip. 1.3.2. Objetivos Específicos 

Diseñar y construir sistemas de alimentación de energía para el Marcador Deportivo y la consola de control.



Diseñar y construir un sistema de comunicación entre el Marcador Deportivo y la consola de control vía RF.



Diseñar y construir el sistema de Control Distribuido de el Marcador Electrónico de LEDs.



Diseñar y construir el Marcador Electrónico de LEDs.

3

CAPITULO 2 ESTADO DEL ARTE 2.1.

Microcontrolador PIC El microcontrolador es quizás el componente electrónico mas versátil que existe, sus aplicaciones están limitadas únicamente por la imaginación, cada día es más frecuente encontrar aparatos que utilizan como elemento de control, en el hogar por ejemplo, televisores, VHS, microondas, entre otros, son tan solo una pequeñas muestra. En

el

sector

microcontroladores,

comunicaciones en

los

también

teléfonos

se

encuentran

convencionales,

los

celulares,

conmutadores y centrales telefónicas, hacen parte de su campo de acción, Los automóviles y en la industria en general [Duq98]. Características  µC de 8 bits.

RA1

 Memoria RAM estática

RA0

 Memoria ROM EEPROM  Memoria de Programa EEPROM Flash.  Líneas E/S en puertos de hasta 8 bits  Timers

OSC1/CLKIN

OSC2/CLKOUT

VDD

 Temporizador interno WATCHDOG.  Conversores analógico digitales

RB7

 USART

RB6

 Módulo SPI

RB5

 Frecuencia de hasta 40MHz  Alimentación 4.5 a 5,5v.  Instrucciones de 14 bits y 16 Bits.  Fuentes de interrupción externas e internas

4

RB4

SET DE INSTRUCCIONES DEL PIC FAMILIA 16FXXX Nemónico ADDWF f,d ADDLW k SUBWF f,d SUBLW k INCF f,d DECF f,d COMF f,d RLF RRF ANDWF IORWF XORWF ANDLW IORLW XORLW

f,d f,d f,d f,d f,d k k k

MOVF MOVWF MOVLW SWAPF

f,d f k f,d

OPTION TRIS

f

CLRF CLRW CLRWDT BCF BSF

f,b f,b

BTFSC f,b BTFSS f,b DECFSZ f,d INCFZ

f,d

CALL k RETLW k RETURN RETFIE GOTO k NOP SLEEP

ARITMÉTICAS Suma el contenido de W con f. Suma el literal k con el contenido de W. Resta el contenido de W con f. Resta el literal K al contenido de W. Incrementa f. Decrementa f. Complementa f. LÓGICAS Rota a izquierdas el registro f con el acarreo. Rota a derechas el registro f con el acarreo. Operación lógica AND entre W y f. Operación lógica OR entre W y f. Operación lógica ORX entre W y f. Operación lógica AND entre W y un literal. Operación lógica OR entre W y un literal. Operación lógica ORX entre W y un literal. TRANSFERENCIA DE DATOS4 Mueve el contenido del registro f al destino. Mueve el contenido de W al registro f. Mueve un literal a W. Itercambia los 4 bits de mayor peso con los de menor peso del registro f. Carga el registro OPTION con el contenido de W. Caga el registro TRIS f con el contenido de W. BORRADO Borra el registro f. Borra el registro W. Borra o refresca el WDT. MANIPULACIÓN DE BITS Borra bit indicado del regitro f. Pone a “1” el bit indicado del registro f. SALTO Salta una instrucción si es “0” el bit de f. Salta una instrucción si es “1” el bit de f. Decrementa f y si el resultado es cero una instrucción. Incrementa f y si el resultado es cero salta una instrucción. Salto a subrutina. Retorno de subrutina y W se carga con el literal k. Retorno de subrutina. Retorno de interrupción. Salto incondicional. ESPECIALES No hace nada (0ierde 1 ciclo de instrucción). Entra en modo reposo (bajo consumo)

Tabla 1. Juego de Instrucciones de PICs 16xxx. W, registro de trabajo (Acumulador). d, selecciona el destino de la operación. d=0 destino W, d=1 destino f. f, posición de memoria o registro. b, bit. k, literal, dato inmediato. TO, bit de información del Timer Out del registro STATUS. PD, bit de información del Power Down del registro STATUS.

5

Modifica C,DC,Z C,DC,Z C,DC,Z C,DC,Z Z Z Z C C C,DC,Z C,DC,Z Z Z Z Z Z

Z Z

TO y PD

2.2.

Diodo Emisor de Luz (LED)

Fig. 1. Diodos LED utilizados en el Proyecto.

El LED es un diodo que produce luz visible (o invisible, infrarroja) cuando se encuentra polarizado. El voltaje de polarización de un LED varía desde 1.8 V hasta 2.5 V, y la corriente necesaria para que emita la luz va desde 8 mA hasta los 20 mA. 2.2.1. Principio de Funcionamiento En cualquier unión P-N polarizada directamente, dentro de la estructura y principalmente cerca de la unión, ocurre una recombinación de huecos y electrones (al paso de la corriente). Esta recombinación requiere que la energía que posee un electrón libre no ligado se transfiera a otro estado. En todas las uniones P-N una parte de esta energía se convierte en calor y otro tanto en fotones. En el Si y el Ge el mayor porcentaje se transforma en calor y la luz emitida es insignificante. Por esta razón se utiliza otro tipo de materiales para fabricar los LED's, como Fosfuro Arseniuro de de Galio (GaAsP) o fosfuro de Galio (GaP) [www.multiled.com.ar].

Fig. 2. Polarización de un diodo LED.

6

Los diodos emisores de luz se pueden conseguir en colores: verde, rojo, amarillo, ámbar, azul y algunos otros. Hay que tener en cuenta que las características obtenidas de las hojas de especificaciones pueden ser distintas para los diodos (p. e. 1N4001) aunque ambos hayan sido producidos en el mismo lote. También hay que tener en cuenta otro tipo de tolerancias como los resistores, uno marcado de 100W puede ser realmente de 98W o de 102W o tal vez si ser exacto, y una fuente "ajustada" a 10V puede estar ajustada realmente a 9.9V o a 10.1V o tal vez a 10V. Debe de escogerse bien la corriente que atraviesa el LED para obtener una buena intensidad luminosa y evitar que este se pueda dañar. El LED tiene un voltaje de operación que va de 1.5 V a 2.2 voltios. aproximadamente y la gama de corrientes que debe circular por él está entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en los diodos de color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros LEDs. De acuerdo a otras consideraciones, El diodo LED presenta un comportamiento

análogo

al

diodo

rectificador

(diodo

semiconductor p-n), sin embargo, su tensión de codo tiene un valor mayor, normalmente entre 1.2-1.5 V. Según el material y la tecnología de fabricación estos diodos pueden emitir en el infrarrojo (diodos IRED), rojo, azul, amarillo y verde, dependiendo de cual sea la longitud de onda en torno a la cual emita el LED [www.multiled.com.ar].

Fig. 2. Símbolo de un diodo LED.

Entre sus aplicaciones podemos destacar: pilotos de señalización, instrumentación, opto acopladores, etc. En la tabla adjunta

7

aparecen algunos ejemplos de materiales utilizados junto con los colores conseguidos: Material

Longitud de

AsGa InGaAsP AsGaAl AsGaP InGaAlP CSi

Onda 904 nm 1300 nm 750-850 nm 590 nm 560 nm 480 nm

Color

Vd

Típica IR 1V IR 1V Rojo 1,5 V Amarillo 1,6 V Verde 2,7 V Azul 3V

Tabla 2. Características de los diodos LED.

Un LED (Light Emitting Diode - Diodo Emisor de Luz), es un dispositivo semiconductor que emite radiación visible, infrarroja o ultravioleta cuando se hace pasar un flujo de corriente eléctrica a través de este en sentido directo. Esencialmente es una unión PN cuyas regiones P y regiones N pueden estar hechas del mismo o diferente semiconductor. El color de la luz emitida está determinado por la energía del fotón, y en general, esta energía es aproximadamente igual a la energía de salto de banda del material semiconductor en la región activa del LED. Los elementos componentes de los LED's son transparentes o coloreados, de un material resina-epoxy, con la forma adecuada e incluye el corazón de un LED: el chip semiconductor. Los terminales se extienden por debajo de la cápsula del LED o foco e indican cómo deben ser conectados al circuito. El lado negativo está indicado de dos formas: 

por la cara plana del foco o,



por el de menor longitud. El terminal negativo debe ser conectado al terminal negativo de un circuito.

8

Los LED's operan con un voltaje relativamente bajo, entre 1 y 4 volts, y la corriente está en un rango entre 10 y 40 miliamperes. Voltajes y corrientes superiores a los indicados pueden derretir el chip del LED. La parte más importante del "light emitting diode" (LED) es el chip semiconductor localizado en el centro del foco, como se ve en la figura 4. El chip tiene dos regiones separadas por una juntura. La región P está dominada por las cargas positivas, y la N por las negativas. La juntura actúa como una barrera al paso de los electrones entre la región P y la N; sólo cuando se aplica el voltaje suficiente al chip puede pasar la corriente y entonces los electrones pueden cruzar la juntura hacia la región P. Si la diferencia de potencial entre los terminales del LED no es suficiente, la juntura presenta una barrera eléctrica al flujo de electrones.

Lente SEMICONDUCTOR Bigote Yunque

Plástico de Alto Impacto

(-) Negativo

(+) Positivo

Fig. 3. Diodo LED y su chip semiconductor.

El material que compone el diodo LED, es importante ya que el color de la luz emitida por el LED depende únicamente del material y del proceso de fabricación principalmente de los dopados.

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En la tabla adjunta (tabla a) aparecen algunos ejemplos de materiales utilizados junto con los colores conseguidos: Material AsGa InGaAsP AsGaAl AsGaP InGaAlP Csi

Longitud de Onda 904 nm 1300 nm 750-850 nm 590 nm 560 nm 480 nm

Color IR IR Rojo Amarillo Verde Azul

Vd Típica 1V 1V 1,5 V 1,6 V 2,7 V 3V

Tabla 3. Materiales para la fabricación de un diodo y color obtenido.

Resulta difícil distinguir, por pura inspección visual, el modelo del LED así como el fabricante: los valores máximos de tensión y corriente que puede soportar y que suministra el fabricante serán por lo general desconocidos. Por esto, cuando se utilice un diodo LED en un circuito, se recomienda que la intensidad que lo atraviese no supere los 20 mA, precaución de carácter general que resulta muy válida. En la figura 2, se muestra el símbolo electrónico de este tipo de diodo. Las flechas indican la radiación emitida por el diodo. 2.2.2. Funcionamiento físico de un LED. Al polarizar directamente un diodo LED (figura 5 y 6) conseguimos que por la unión PN sean inyectados huecos en el material tipo N y electrones en el material tipo P; produciéndose, por consiguiente una inyección de portadores minoritarios.

Fig. 4. Diodo emisor de luz con la unión polarizada en sentido directo.

10

Fig. 5. Diagrama de un Diodo emisor de luz con la unión polarizada en sentido directo.

Cuando estos portadores se recombinan, se produce la liberación de una cantidad de energía proporcional al salto de banda de energía del material semiconductor. Una parte de esta energía se libera en forma de luz, mientras que la parte restante lo hace en forma de calor, estando determinadas las proporciones por la mezcla de los procesos de recombinación que se producen. La energía contenida en un fotón de luz es proporcional a su frecuencia, es decir, su color. Cuanto mayor sea el salto de banda de energía del material semiconductor que forma el LED, más elevada será la frecuencia de la luz emitida. En el análisis de un circuito, el diodo LED puede ser tratado de manera análoga a un diodo normal. Sin embargo conviene tener en cuenta que los diodos LED no están fabricados de silicio monocristalino ya que el silicio monocristalino es incapaz de emitir fotones. Debido a ello, la tensión de polarización directa VD depende del material con el que este fabricado el diodo. 2.2.3. Control de un LED. Un LED puede ser activado por corriente continua, por impulsos o corriente alterna. Por corriente continua El circuito típico empleado se mostró en la figura ante anterior. El control de la corriente se realiza por medio de la resistencia R y su valor es:

11

R

E  Vf If

Siendo E la tensión de alimentación, V f la tensión en bornes del LED e If la corriente que lo atraviesa. La tensión E debe ser, por lo menos, dos veces la tensión V f. Para los colores rojo, anaranjado y amarillo se recomienda un valor de I f de 5 a 15 mA, mientras que para el ver de se recomienda de 10 a 20 mA. Los parámetros para un LED de color azul son bastante diferentes, ya que presentan una Vf = 5v. y una corriente I f de 60 mA para una intensidad luminosa de 50 mcd. En régimen de impulsos. Éste es el método más empleado, ya que el LED presenta una mayor fiabilidad y ofrece las siguientes ventajas frente al método anterior: 

La intensidad luminosa puede ajustarse variando la amplitud o el ancho del impulso aplicado.



Genera mayor intensidad luminosa para una misma corriente media.

¿Cómo se determina la amplitud de los impulsos? Cuando se realiza el control del LED por impulsos hay que determinar la amplitud de los mismos de la siguiente manera: Determinar la frecuencia y la duración del ciclo definidos por la aplicación. Basándose en gráficas de los fabricantes, determinar la relación entre la corriente máxima de pico y la corriente directa máxima. Con ayuda de las gráficas también, determinar la corriente directa máxima. Este valor disminuye para temperaturas mayores de 50ºC. Comparando con el control por corriente continua, para la

12

misma corriente media, el control por impulsos ofrece una mayor intensidad luminosa media y una menor disipación de potencia. El funcionamiento impulsional de los LED’s provoca un fenómeno de percepción conocido como “luz enriquecida”. Este fenómeno es debido en parte a la retención del ojo de altos niveles de brillo, como los producidos por un destello de luz. Este fenómeno sólo aparece en los dispositivos de GaAsP debido a que este material no satura en condiciones de elevadas corrientes. Cuando el ojo humano es el detector de la energía visible, la menor energía es consumida en funcionamiento impulsional. Esto es una ventaja especialmente importante en equipos alimentados por baterías y cuando hay que controlar grandes conjuntos de LED’s. El color depende de la energía de los fotones y de la frecuencia de la radiación, existiendo tres que son los que han estandarizado la mayoría de los fabricantes, se trata del rojo, verde y amarilloanaranjado. En el caso de LED de infrarrojos, la radiación no será visible y, por tanto, este factor no existirá. Para caracterizar la eficacia en la generación de fotones se definen una serie de parámetros: Eficiencia cuántica interna Es la relación entre el número de fotones generados y el número de portadores (electrones y huecos) que cruzan la unión PN y se recombinan. Este parámetro debe hacerse tan grande como sea posible. Su valor depende de las probabilidades relativas de los procesos de combinación radiante y combinación no radiante, que a su vez dependen de la estructura de la unión, el tipo de impurezas, y sobre todo, el material semiconductor.

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Sin embargo, la obtención de una alta eficacia cuántica interna no garantiza que la emisión de fotones del LED sea alta. La radiación generada en la unión es radiada en todas las direcciones. En especial que sea radiación generada en el interior del material pueda salir de él. A la relación entre el número de fotones emitidos y el número de portadores que cruzan la unión PN se le llama eficiencia cuántica externa. Las causas de que sea menor son tres: 

Solo la luz emitida en la dirección de la superficie entre el semiconductor y el aire es útil.



En la superficie entre el semiconductor y el aire se pueden dar fenómenos de reflexión, quedando los fotones atrapados en el interior del material.



Los fotones pueden ser absorbidos por el material para volverse a formar un par electrón-hueco.

La directividad. Está definida por el máximo ángulo de observación de luz que permite el tipo concreto de LED, respecto al eje geométrico del mismo. Este parámetro depende de la forma del encapsulado, así como de la existencia o no de una lente amplificadora incluida en el mismo. En los modelos de mayor directividad este ángulo es pequeño y tienen la apariencia de producir una intensidad luminosa más elevada que los otros, en los que la luz se reparte sobre una superficie mucho mayor. Cada modelo de LED dispone de una curva de directividad en la que se representa el nivel de intensidad luminosa en función del

14

ángulo de observación. Esta curva resulta de mucha utilidad para la elección de un modelo determinado.

El efecto cristalino Las lentes de los primeros LED’s fueron diseñadas para permitir el paso de la máxima cantidad de luz en la dirección perpendicular a la superficie a la superficie de montaje. (Figura 6). Altamente Direccional

Curva Patrón para la mayoría de los LEDs

180º de Ángulo de visión

Fig. 6. Efectos producidos según la Utilización de la lente.

Más tarde, la luz producida fue mayor y sus lentes se diseñaron para difundir la luz sobre una amplia área, permitiendo mayores ángulos de visibilidad. Posteriormente aparecieron en el mercado los LED’s de alta luminosidad y una gran variedad de lentes epoxy color rojo fueron incorporadas para difundir la luz en una amplia área de emisión, produciendo una sensación más agradable a la vista que las lentes que concentran la luz en un punto. La figura 7 muestra los efectos de añadir cantidades de difusores rojos al material epoxy de la lente.

15

Puntual

Parcialmente Difusa

Totalmente Reflectante

Fig. 7. Efectos al añadir difusores al material epoxy.



La tensión directa (VF). Es el voltaje que se produce entre los dos terminales del LED cuando

le

atraviesa

la

corriente

de

excitación.

Esta

comprendida entre 1,5 y 2,2 v. para la mayoría de los modelos. 

La corriente inversa (Ir). Es la máxima corriente que es capaz de circular por el LED cuando se le somete a una polarización inversa. Valores típicos de este parámetro se encuentran alrededor de los 10 uA.



Disipación de potencia. Es la fracción de la potencia que absorbe el LED y no transforma en radiación visible, teniéndola que disipar al ambiente en forma de calor. En las aplicaciones clásicas de los LED’s se necesita una resistencia en serie con el mismo, con la misión de limitar la corriente que circula por él.

Identificación. La indicación de la polaridad de los terminales se realiza haciendo que el terminal que corresponde al ánodo tenga una longitud mayor que el del cátodo. Además, se añade un pequeño aplanamiento en la cápsula en una zona próxima al terminal catódico. Y si no se identifica, hay que fijarse en los terminales interiores, uno es más pequeño que el otro. Ese es el ánodo.

16

Y como último recurso recurre al ohmiómetro de tu polímetro. Harás dos medidas cambiando las pinzas y si está bien obtendrás dos medidas de ohmios: una próxima a cero y otra de un valor óhmico alto. Fiabilidad de los LED’s Existen tres tipos de fallos: 

Fallo infantil: El LED se destruye durante el quemado inicial ("burn in") debido a fallos en el proceso de fabricación.



Fallo por malformación: "freak failure"; el LED se destruye después del ("burn in") debido a fallos no manifestados hasta ese momento.



Fallo por envejecimiento: El

LED

se

degrada

y

envejece

tonel

tiempo.

Para

comunicaciones interesa conocer la pérdida de potencia con el tiempo. La degradación con el tiempo se debe a un aumento de la recombinación

no

radiante

(en

los

LED’s

este

fallo

es

catastrófico). Fuente: [www.multiled.com.ar] 2.3.

Saturación del Transistor El transistor es un dispositivo semiconductor de tres capas que consiste de dos capas de material tipo n y una de material tipo p, o bien de dos capas de material tipo p y una de tipo n. Al primero se le llama transisitor npn, en tanto que al segundo transistor pnp. La capa del emisor se encuentra fuertemente dopada, la base ligeramente dopada y el colector sólo muy poco dopada. Las capas exteriores tienen espesores mucho mayores que el material tipo p o n al que circundan. El dopado de la capa central es también mucho menor que el dopada de las capas exteriores (casi siempre

10:1 o menos). Este nivel bajo de dopado

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disminuye la conductividad (aumenta la resistencia) de este material al limitar el número de portadores "libres". Las terminales se indican mediante las literales E para el emisor, C para el colector y B para la base. La abreviatura BJT, de transistor bipolar de unión (del inglés, Bipolar Junction Transistor) suele aplicarse a este dispositivo de tres terminales. El término bipolar refleja el hecho de que los huecos y los electrones participan en el proceso de inyección hacia el material polarizado de forma opuesta. Si sólo se utiliza un portador (electrón o hueco), entonces se considera un dispositivo unipolar. Configuración de Emisor Común La configuración de transistor que se encuentra más a menudo aparece en la figura 1 para los transistores npn

y pnp. Se le denomina

configuración de emisor base común debido a que el emisor es común o hace referencia a las terminales tanto de entrada como de salida. Se necesitan dos conjuntos de características para describir por completo el comportamiento de la configuración de emisor común: uno para el circuito de entrada o base-emisor y otro para el circuito de salida o colector-emisor. Ic

n

Ib

VDD

B

Ic

C

p

n Ie

Ib

VCC VDD

B

n

p

VCC

n Ie

E

C

E

Fig. 8. Polarización del transistor.

Las corrientes del emisor y base se muestran en su dirección convencional para la corriente. Si bien cambió la configuración del transistor, aún se puede aplicar las relaciones de corriente:

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Para la configuración emisor-común, las características de la salida son una gráfica de la corriente de salida (Ic) en función del voltaje de salida (VCE) para el rango de valores de corriente de entrada (IB). Las características de entrada son una gráfica de la corriente de entrada (IB) en función del voltaje de entrada (VBE) para un rango de valores de voltaje de salida (VCE) I E  IC  I S I C  I S

Beta() En el modo de cd, los niveles de Ic e IB se relacionan mediante una cantidad a la que llamaremos beta y se define mediante la ecuación siguiente:

 dc 

IC IB

Donde Ic e IB son determinadas en un punto de operación en particular de las características. Para los dispositivos prácticos, el nivel  suele tener un rango entre cerca de 50 y más de 400, con la mayoría dentro del rango medio. Para un dispositivo con una  de 200, la corriente del colector equivale a 200 veces la magnitud de la corriente de base. En las hojas de especificaciones, dc se incluye por lo regular, como h fe, donde la h se obtiene de un circuito híbrido. Los subíndices FE se derivan de una amplificación de corriente directa (por las siglas en inglés forward) y la configuración de emisor común, respectivamente. En la figura siguiente se muestran las curvas características de un transistor donde la letra Q indica el punto de operación del transistor los otros puntos por arriba y abajo de Q se utilizan para calcular la beta de ca. Para calcular la beta de cd podemos ver que: IC = 2.7 mA IB = 2.5A

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Fig. 9. Curvas características del transistor BJT.

Por tanto:

 cd 

2.4.

IC IB

Reglas del Baloncesto Juego del Baloncesto El baloncesto lo juegan dos (2) equipos de cinco (5) jugadores cada uno. El objetivo de cada equipo es introducir el balón dentro de la canasta del adversario e impedir que el adversario se apodere del balón o enceste.

Iluminación La

superficie

de

juego

debe

estar

iluminada

uniforme

y

convenientemente. Las luces deben estar colocadas de manera que no dificulten la visión de los jugadores y del equipo arbitral.

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Fig. 10. Terreno de juego reglamentario.

Fig. 11. Diagrama de zonas de canasta de dos y de tres puntos.

La siguiente disposición de banquillos de sustitutos es obligatoria para las competiciones principales de la FIBA. Se recomienda también para todas las demás.

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Fig. 12. La mesa de anotadores, los banquillos de sustitutos.

Los tableros y sus soportes Los tableros

deben estar fabricados de un material transparente

adecuado (preferiblemente vidrio templado de seguridad), construidos de una sola pieza y con el mismo grado de rigidez que los tableros de madera dura de 3 cm. de espesor. Si estuvieran construidos de un material no transparente, deberán pintarse de blanco.

Fig. 13. Marcas reglamentarias de los tableros.

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Fig. 14. Soporte reglamentario de los tableros.

La protección de los tableros será de la siguiente manera (Diagrama 7):

Fig. 15. Protecciones de tablero.

Reloj del partido y cronómetro El reloj del partido se utilizará para cronometrar los periodos de juego y los intervalos entre los mismos y debe estar situado de manera que sea claramente visible para todas las personas relacionadas con el partido, incluyendo a los espectadores.. Un dispositivo visual apropiado o cronómetro, distinto del reloj del partido, será usado para controlar los tiempos muertos.

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Si el reloj principal del partido se halla situado sobre el centro del terreno de juego se situará un reloj de partido auxiliar sincronizado en cada fondo del terreno de juego a una altura suficiente para que puedan verlo todas las personas relacionadas con el partido, incluyendo los espectadores. Cada reloj de partido auxiliar debe indicar el tiempo que queda de partido. Dispositivo de veinticuatro segundos

Fig. 16. Situación de los monitores de 24 segundos.

Señales Deberá existir al menos dos (2) señales acústicas diferentes con sonidos claramente distintos y muy potentes: 

Una (1) para el cronometrador y el anotador. Para el cronometrador sonará automáticamente para indicar el final de una mitad, de un periodo o del partido. Para el anotador y para el cronometrador

se

hará

sonar

manualmente

cuando

sea

necesario para llamar la atención de los árbitros sobre la solicitud de un tiempo muerto, de una sustitución, etc., del paso de cincuenta segundos desde el comienzo de un tiempo muerto o de que se ha producido una situación de error rectificable. 

Una (1) señal para el operador de veinticuatro segundos que sonará automáticamente para indicar el final de un periodo de veinticuatro segundos.

24

Ambas señales serán lo bastante potentes como para oírlas fácilmente en las condiciones más adversas o ruidosas . Marcador Debe haber un marcador claramente visible para todas las personas relacionadas con el partido, incluidos los espectadores. El marcador mostrará como mínimo: 

el tiempo de juego



el tanteo



número del periodo en juego



número de tiempos muertos registrados

El Acta En todas las competiciones oficiales de FIBA el acta oficial de partido será la aprobada por la Comisión Técnica Mundial de FIBA. Marcadores de faltas de equipo Se proporcionará al anotador dos (2) marcadores de faltas de equipo. Estos serán de color rojo, medirán como mínimo 20 cm. de anchura y 35 cm. de altura y estarán construidos de manera que cuando se coloquen en la mesa de anotadores sean claramente visibles para todas las personas relacionadas con el partido, incluyendo los espectadores. Marcadores de faltas de equipo Debe haber un dispositivo adecuado que muestre el número de faltas (de uno a cinco), para indicar cuando el equipo ha alcanzado la penalización (Artículo 55.- Faltas de equipo - Penalizaciones). Instalaciones y equipamiento para las principales competiciones oficiales de FIBA Las instalaciones y el equipamiento mencionado a continuación son obligatorios para las principales competiciones oficiales de FIBA: Torneos olímpicos, Campeonatos del mundo de Categoría Senior,

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Jóvenes y Júnior tanto masculino como femenino, y Campeonatos Continentales masculino y femenino. Estas instalaciones y equipamiento están también recomendadas para todas las demás competiciones. Todos los espectadores deben estar sentados a una distancia de al menos cinco (5) metros del borde exterior de las líneas de demarcación del terreno de juego. El terreno de juego estará: 

Hecho de madera.



Delimitado por una línea de demarcación de 5 cm. de anchura



Delimitado por una línea de demarcación exterior (Fig. 16) trazada en un color que contraste vivamente y de al menos dos (2) metros de anchura. El color de la línea de demarcación exterior debe ser igual que el del círculo central y las áreas restringidas.

Habrá cuatro (4) limpiadores para el suelo, dos por cada mitad del terreno de juego. Los tableros deben ser de vidrio templado de seguridad. El balón estará hecho de cuero y será de un modelo aprobado por FIBA. Los organizadores proporcionarán al menos 12 balones del mismo modelo para el entrenamiento durante los periodos de calentamiento. La iluminación del terreno de juego no será inferior a 1500 lux. Este nivel se medirá 1,5 m. por encima del terreno de juego. La iluminación cumplirá los requisitos que establezcan las cadenas de televisión.

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Fig. 17. Terreno de juego para las principales competiciones oficiales de la FIBA.

Fig. 18. Marcador para las principales competiciones oficiales de la FIBA.

El terreno de juego debe estar equipado con el siguiente equipo electrónico, que debe ser claramente visible desde la mesa de anotadores, el terreno de juego, los bancos de los equipos y por todas las personas relacionadas con el partido, incluyendo los espectadores: Dos marcadores de gran tamaño (Fig. 19), uno en cada fondo del terreno de juego.

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

La existencia de un marcador (cubo) situado sobre el centro del terreno de juego no excluye la necesidad de los dos marcadores ya descritos.



El cronometrador y el ayudante del anotador dispondrán de dos paneles de control independientes para el marcador.



Los relojes estarán sincronizados y mostrarán el tiempo que queda de juego durante todo el partido.



Durante los últimos 60 segundos de cada parte, periodo o periodo extra el tiempo que queda de juego se indicará con precisión de décimas de segundo.



El árbitro principal designará uno de los relojes como reloj del partido.



Los marcadores (Fig. 17) indicarán también: o

El número de cada jugador y, preferiblemente, su nombre.

o

Los puntos conseguidos por cada equipo y, preferiblemente, los puntos conseguidos por cada jugador.

o

Las faltas cometidas por cada jugador del equipo (esto no exime la necesidad de los marcadores utilizados por el anotador para indicar el número de faltas)

o

El número de faltas de equipo de 1 a 5

o

El número del periodo de 1 a 4, E para los periodos extra

o

El número de tiempos muertos de 0 a 2.

Un dispositivo de 24 segundos, con una réplica del reloj del partido y una luz eléctrica roja brillante , que se colocará encima y detrás de cada tablero a una distancia entre 30 y 50 centímetros. 

Los dispositivos de 24 segundos serán de cuenta atrás digital automática, indicando el tiempo en segundos y dispondrán de una señal acústica automática muy potente para indicar el final del periodo de 24 segundos.



El dispositivo de 24 segundos estará conectado al reloj principal del partido de manera que: 

Cuando el reloj principal del partido se detenga, también se detendrá.

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Cuando el reloj principal se ponga en marcha, el



dispositivo pueda ponerse en marcha manualmente. Cuando suene el dispositivo de 24 segundos, se parará el reloj principal. 

El color de los números del dispositivo de 24 segundos y de la réplica del reloj del partido, será diferente.



Todas las réplicas del reloj del partido cumplirán las anteriores especificaciones



La luz eléctrica situada encima y detrás de cada tablero estará:  Sincronizada con el reloj principal del partido para iluminarse con una luz roja brillante, cuando suene la señal al final del tiempo de juego, de un periodo o periodo extra.  Estará sincronizada con el dispositivo de 24 segundos para iluminarse con una luz roja brillante, cuando suene la señal al final del periodo de 24 segundos.

Fig. 19. Reloj y dispositivo de 24 segundos para competiciones oficiales de la FIBA.

29

CAPITULO 3 MATERIALES Y METODOS 3.1.

Método de Transferencia Térmica 1. Imprima la imagen del circuito por el lado áspero de la hoja en Láser o Fotocopiadora. 2. Recorte la imagen del circuito dejando un borde libre de 1/2 cm. 3. Limpie y pase una suave lija a la baquelita. 4. Ponga la imagen contra la baquelita y planche el papel por el lado brillante durante 5 minutos aproximadamente. 5. Espere que enfrié la baquelita para retirar el papel. 6. Sumerja la placa en ácido ferrico. Este método tiene apenas algunos años en la electrónica y promete ser el mas práctico para la mayoría de aficionados y estudiantes. La principal características del método es que usted deberá tener a disposición una impresora del tipo LASER o una FOTOCOPIADORA y la condición más importante y obligatoria es que la impresora Láser y la Fotocopiadora son del tipo que trabajan con el material denominado TONER (Polvo normalmente de color negro muy refinado y sensible a las cargas eléctricas). Para poder entender como trabaja el método, será necesario explicar como trabaja una impresora Láser y una Fotocopiadora. Todo el secreto de una impresora láser y una fotocopiadora están basados en la teoría de la electroestática. En una fotocopiadora la imagen es transferida por medio de procesos ópticos a un cilindro de aluminio. Este cilindro es del mismo ancho del papel, su diámetro es de dos a cinco pulgadas y la superficie del cilindro esta cubierta de una sustancia especial muy sensible a la carga eléctrica. Primero la imagen es transferida al tambor de aluminio, esto quiere decir que la imagen se encuentra colocada sobre la superficie del tambor de aluminio en forma de electricidad con carga positiva (imagen

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no visible para el ojo humano) posteriormente la superficie del tambor pasa por una segunda sección donde se encuentra un reservorio de material denominado Toner. Las partículas de toner son atraídas únicamente a la superficie del cilindro que están cargadas, es decir solamente en las zonas donde se encuentra la imagen. Cuando toda la superficie del cilindro ha pasado por el reservorio de toner, se podrá observar claramente la imagen en la superficie del cilindro de aluminio. Ahora llegamos a una tercera etapa que consiste transferir la imagen que se encuentra en el cilindro de aluminio hacia el papel. El cilindro de aluminio pasa muy cerca del papel que tiene carga negativa y atrae las partículas de toner que se encuentran en la superficie del tambor en aproximadamente un 60%. En este paso tenemos ahora la imagen colocada sobre el papel y finalmente el papel pasa por un pequeño horno eléctrico que funde las partículas de toner fijándose al papel. Finalizado este proceso, usted obtiene la copia de su imagen en el papel. En una impresora Láser la imagen es transferida al tambor de aluminio por medio de un rayo láser y un espejo altamente sincronizados y se repite el proceso antes descrito igual que una fotocopiadora. Una vez entendido como trabaja una impresora Láser y una Fotocopiadora, podemos entender el MÉTODO DE TRANSFERENCIA TERMICA. Este método lo podemos terminar completamente en ocho pasos muy sencillos. PASO 1: Ahora en vez de usar una hoja de papel común y corriente utilizaremos una lamina de plástico especial parecida a una transparencia. Esta lámina tiene características especiales ya que puede resistir altas temperaturas sin deformarse, también tiene adherido en uno de sus lados una delgada capa de un material para FILM que reacciona

31

químicamente con el toner fundido proveniente de una impresora láser o una fotocopiadora, el otro lado de la lamina no tiene absolutamente nada. Es recomendable que realice algunas pruebas primero con papel corriente antes de realizar la impresión final con el FILM. PASO 2: Ahora, después de haber obtenido la impresión del circuito impreso en la lámina, usted podrá transferir fácilmente el circuito impreso en una baquelita. Para ahorrar material del FILM, primero recorte el área del circuito impreso para que la sección restante no se dañe con la manipulación. La baquelita deberá estar en condiciones óptimas; es decir; si la baquelita se encuentra rayada puede corregir los defectos con un papel de lija de grano N-. 600. Una vez finalizada la correcciones, proceda a limpiarla muy bien con abundante agua y jabón. También es recomendable pasarle un algodón mojado en alcohol. PASO 3: El siguiente paso consiste en colocar la lámina del lado que tiene la capa del FILM sobre la superficie de cobre de la baquelita. Seguidamente se procede aplicarle calor con una plancha como las utilizadas en el hogar. El calor de la plancha hará que las áreas que están impresas solamente se adhieran a la superficie de cobre de la baquelita. Deberá aplicarle suficiente calor, no se preocupe que la lámina de plástico sea muy resistente al calor. Es importante que recorte el circuito de la lámina ya que con una plancha normal, las dimensiones son tan grandes que abarcan prácticamente toda la hoja por lo tanto quedara la lámina casi completamente inutilizada y no podrá recuperarse para realizar otro circuito impreso. PASO 4: Espere que la baquelita se enfríe completamente antes de extraer la lamina; hemos observado algunas veces que si se extrae la lamina en

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caliente se suelen romper las pistas del circuito impreso. Ahora tenemos nuestra baquelita con el circuito impreso fijado a el, deberá tener mucho cuidado en la manipulación del mismo ya que está en una etapa muy delicada porque las pistas, tracks y pads se rayan muy fácilmente. En esta etapa es donde radica la importancia que debe tener la impresora láser o la fotocopiadora en dar como resultado una imagen sin detalles. Cualquier detalle de impresión de los equipos mencionados, se reflejara en la baquelita. Ahora proceda a sumergir el circuito impreso dentro del CLORURO FERRICO. Este líquido funcionara como se explica a continuación: Como ya sabemos la baquelita tiene una lamina de cobre muy fina y sobre la baquelita tenemos nuestro circuito impreso dibujado. Cuando se sumerge la baquelita dentro del Cloruro Férrico, este reaccionara químicamente con la lamina de cobre disolviéndola lentamente. Las áreas de cobre que tienen el circuito impreso, no permiten que se exponga al cloruro férrico. Después de algunos minutos (Dependiendo de la concentración del cloruro férrico) las áreas de cobre expuestas desaparecen totalmente quedando solamente el circuito impreso. PASO 5: Una vez finalizada el paso anterior, se precederá a lavarla con abundante agua para eliminar todas las partículas y los residuos de cloruro férrico. Ahora el circuito impreso estará listo para proceder a perforar los lugares donde se insertaran los elementos electrónicos. Existen actualmente métodos muy económicos para realizar este trabajo como por ejemplo la utilización de un sencillo taladro. Existen otros métodos disponibles para realizar la perforación en una forma mas precisa y presentable estéticamente. De todo esto, usted deberá estar muy pendiente de la perforación, ya que la mayoría de los elementos pueden variar los

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diámetros de los alambres para su interconexión. Por ejemplo los condensadores electrolíticos de alta capacidad tienen alambres muy gruesos, por lo tanto usted deberá utilizar una mecha que le corresponda con el diámetro. Por otro lado las resistencias de 1/4 de Watts tienen alambres de interconexión muy finos y deberá utilizar una mecha que le corresponda al diámetro. Es importante realizar las perforaciones con los diámetros requeridos para que los elementos electrónicos no tengan demasiado juego y la soldadura no se complique. Consideraciones muy importantes y trucos de experiencia Finalmente expondremos en esta sección algunos trucos basados en la experiencia para que no tenga que volver hacer el circuito impreso o perder material de alguna forma. 1. A veces se presenta un problema respecto a los elementos electrónicos. Por ejemplo si su diseño electrónico incluye un capacitor del tipo electrolítico de forma radial es factible que no lo encuentre en su suplidor de elementos electrónicos ya que posiblemente solamente disponen de un capacitor electrolítico de forma axial (Axial es un elemento en forma horizontal y Radial es un elemento en forma vertical). Para evitar esta problemática, le recomendamos primero adquirir todos los elementos electrónicos para que pueda observar sus características (Largo, Ancho, Altura, calibre de los alambres de conexiones) y posteriormente su diseño electrónico se basara en las medidas reales de los componentes que usted tiene disponible. Este paso preventivo le evitara muchos dolores de cabeza, perdidas de material y tiempo. 2. Los programas para diseño de circuitos impresos normalmente tienen medidas pre-establecidas para los diámetros de los PADS. Tenga cuidado con este diámetro por que posiblemente el

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elemento electrónico que usted tiene a disposición y sus alambres de interconexión tienen mayor diámetro que el mismo PAD y cuando usted proceda a perforar, no le quedará PAD para soldar el elemento electrónico. Le recomendamos que ajuste el programa según las características de cada elemento electrónico. 3. Una vez finalizado y soldado completamente todo el circuito impreso, le recomendamos que le haga un baño protector al circuito impreso (Solo el lado donde se encuentran las soldaduras). Este baño le garantizara que el circuito impreso en las secciones de cobre expuestas al aire libre se pongan de color negro con el tiempo. El producto recomendado es de fácil adquisición y es de la empresa SQ llamado formula eléctrica 70-7. Este producto sella y aísla con una película transparente y que posteriormente si usted quiere realizar modificaciones las podrá hacer sin ningún problema. Circuitos o fuentes originales que usted podrá obtener de su circuito impreso. Este método tiene enormes ventajas para poder obtener el circuito impreso proveniente de publicaciones en revistas ya que podrá utilizar un Escáner para capturar el circuito impreso que normalmente se encuentra a escala real, es decir 1:1; posteriormente lo podrá imprimir en el Papel Satinado o Film Azul. 3.2.

Construcción y Soldadura de Circuitos Una vez que un circuito está diseñado y probado, como es el caso de nuestros proyectos, hay dos factores muy importantes para garantizar que este funcione. La correcta consecución de los componentes y la realización de buenas soldaduras. La soldadura en electrónica tiene dos objetivos: unir mecánicamente las piezas o componentes y realizar una buena conexión eléctrica.

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Con la experiencia se puede asegurar que el 80% de las fallas presentadas en los circuitos que hemos tratado de armar, pueden sufrir por soldaduras defectuosas. Este tipo de soldaduras se llaman en electrónica "soldaduras fría" y se reconocen por ser opacas y con una superficie no uniforme. Soldadura para electrónica La soldadura más recomendada para electrónica es una aleación con el 60% de estaño y el 40% de plomo, que se conoce como 60/40. Esta se funde a unos 18ºC y al enfriarse logra una solidificación rápida y buena resistencia. Su espesor debe ser de 1 mm aproximadamente. La soldadura trae en su interior un compuesto químico fundente o resina que sirve para acelerar la fusión, limpiar los contactos y para que el punto quede con aspecto brillante. Selección del cautín Todo estudiante o aficionado a la electrónica, debe tener un cautín tipo lapicero, con una punta que sea fácilmente intercambiable y de fácil consecución en el mercado. Uno de buena calidad y muy económico es el cautín Weller de 25 Vatios. Sin embargo, se puede adquirir uno de otra marca, previo un análisis de su construcción y que dependiendo del buen manejo, puede dar buenos resultados. En algunas ocasiones, para la realización de soldaduras de cables o alambres gruesos, caso que se presentará en los proyectos de luces, amplificadores de potencia y cajas acústicas, es necesario tener un cautín de mayor potencia, entre 45 y 60 W. Hay varios tipos de cautines, incluyendo uno con regulador de temperatura. Estañado del cautín. Cuando se adquiere un cautín, lo primero que se debe hacer es estañar su punta. También debe hacerse periódicamente cuando esta se vaya gastando. Esta operación es muy importante, ya que facilita la fundición rápida de la soldadura, asegurando una buena calidad. Estos son los

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pasos que se deben seguir: Si el cautín está nuevo, limpia su punta con papel de lija muy delgado. No utilice lija de grano grueso porque acabaría con el recubrimiento original. Si el cautín ya ha sido utilizado, elimina el exceso de resina quemada que se le ha impregnado a través de su uso, raspando suavemente con la punta de una navaja o con una lima pequeña. Deja calentar el cautín durante unos minutos hasta que logre su máxima temperatura, luego derrite la soldadura en la punta. Remueve rápidamente con un pedazo de tela, el exceso de soldadura, desconecta el cautín e introduzca la punta en un pedazo de hielo por unos 30 segundos. Esta parte es opcional y le da gran dureza por lo que no tendrá que volver a estañar muy pronto la punta de su cautín. Cómo hacer buenas soldaduras. Para realizar una buena soldadura, son necesarias varias condiciones a saber: tener el cautín bien estañado, que su punta esté a una buena temperatura y que los terminales de los componentes, alambres y el circuito impreso estén muy limpios. También hay que preparar los componentes y demás elementos que van a ser soldados, colocándolos en la posición correcta. Una vez que se ha preparado el componente o alambre que se va a soldar, sigue detenidamente las siguientes instrucciones: Limpia muy bien con una navaja o cuchilla la parte de los componentes y el circuito impreso en donde se va a aplicar la soldadura. Una vez que el cautín esté bien caliente, aplique calor con la punta a las dos superficies simultáneamente haciendo perfecto contacto entre ellas y espere unos tres a cuatro segundos.

37

Aplica soldadura moderadamente durante dos o tres segundos y retírela dejando aún el cautín en el punto de contacto. El estaño se fundirá y fluirá por toda la zona del punto tomando la forma de los conductores soldados. Retira luego el cautín y deje enfriar el punto, procurando no ejercer ningún movimiento hasta que no hayan transcurrido unos 20 segundos. Una vez realizada la soldadura, se deben cortar los terminales sobrantes en el caso de los componentes montados en un circuito impreso. Guarde algunos de estos terminales para realizar puentes en los circuitos. Cuando se trata de un componente montado en un circuito impreso, el acabado que debe presentar el punto de soldadura debe ser en forma de cono y no en forma esférica o abultada. El puesto o banco de trabajo. En el momento en que has decidido volverte un aficionado a la electrónica, lo primero que se necesita es un lugar adecuado para trabajar. También habrás pensado que es necesario proveerte de buenas herramientas y equipos como destornilladores, alicates, pinzas, y un multímetro o téster con el fin de facilitar los montajes. Poco a poco, y de acuerdo a las posibilidades económicas y al conocimiento adquirido, verás la necesidad de ampliarte. Para

organizar

las

herramientas,

revistas,

libros,

equipos

y

componentes, así como los proyectos en proceso, es conveniente tener un sitio de trabajo especialmente adaptado para este tipo de actividades. El sitio para realizar los montajes de sus proyectos no tiene que ser muy grande. Puede ubicarse en el lugar de su predilección, por ejemplo, en la buhardilla o en un rincón del garaje o en su estudio.

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El banco está dividido en dos espacios separados verticalmente, uno destinado al área de trabajo y el que se encuentra elevado podrá servir para situar sobre él todos los instrumentos que vaya adquiriendo o fabricando para no quitarle espacio a la zona principal de trabajo. En el centro del área de trabajo, es conveniente pegar un cuadro de caucho a un material lo suficientemente resistente como para soportar los trabajos más pesados de un montaje. Las herramientas deben permanecer siempre a la mano, pero organizadas en un soporte, de tal forma que se puedan tomar fácilmente cuando se necesiten. Por último, se deben tener varios tomacorrientes en un extremo del fondo de la mesa, preferiblemente el derecho para facilitar la alimentación del cautín, los proyectos y los equipos de prueba. Como regla general, se recomienda que al terminar una jornada de trabajo, recojas todos los componentes y herramientas que estén sobre la mesa, ubicándolos en su sitio original. Limpiar la mesa y organizar los proyectos, libros o revistas con el fin de dar un aspecto agradable y motivador para seguir con el trabajo propuesto.

39

CAPITULO 4 RESULTADOS 4.1.

Diseño del Hardware

4.1.1. Circuito de la consola de mando

Fig. 20. Microcontrolador PIC, latchs y displays del tablero de mando.

40

Fig. 21. Microcontrolador PIC, latchs y displays del tablero de mando.

4.1.2. Lectura del teclado AT PS/2 El concepto Cualquier pulsación en el teclado local enviará la correspondiente captura, las muestras del teclado al microcontrolador PIC. Después, el microcontrolador convierte las capturas del

teclado en caracteres

ASCII. Especificaciones 

Capacidad

de

comunicación

unidireccional

entre

el

microcontrolador y el teclado. 

Preemptivo, escaneo de teclado basado en interrupciones y adquisición de patrones, decodificación de caracteres ASCII durante el modo de operación normal activado por banderas.



Teclado AT con conector PS/2

41

Características 

Comunicación unidireccional entre el microcontrolador y el teclado.



Soporte para todas las teclas tipeadas con la tecla mayúscula activada o desactivada.



CapsLock implementado



NumLock siempre activo



Posibilidad de implementar teclas de acceso rápido o caracteres definidos para ‘Esc’, ‘NumLock’, ‘SrocllLock’ y teclas ‘F1’ a ‘F12’

Teoría del Teclado AT Examinando los Códigos del teclado El diagrama siguiente muestra los

códigos asignados a las teclas

individuales para el diseño del teclado inglés. En la figura se muestra los códigos correspondientes a cada tecla. Todos los códigos son mostrados en representación hexadecimal.

Fig. 22. Códigos del teclado alfabético.

42

Fig. 23. Códigos del teclado numérico.

El teclado AT envía diferentes códigos examinados al presionar, mientras se sostiene y se suelta cada botón. Un ejemplo se da abajo: Presionado y Manteniendo presionado la tecla

Soltado la tecla

Muestra de Código normal

73

F0 73

Muestra de código extendido

E0 4ª

E0 F0 4A

Tabla 4. Códigos enviados por el teclado AT.

Protocolo Principal de Teclado La transferencia de los datos se lleva a cabo como un protocolo bi-direccional: El teclado puede enviar los datos al host (el microcontrolador) y el host puede enviar órdenes y datos al teclado. El host tiene la última prioridad sobre la dirección. Puede cuando quiera (aunque no es recomendado) enviar una orden al teclado. El teclado es libre de enviar los datos al host cuando las líneas de ambos datos, KBD y reloj de KBD son altas (inactivo). El reloj serial

se genera por el teclado, pero el host

también puede

usarlo cuando la línea esta libre: Si el host toma la línea de reloj de KBD baja, el teclado almacenara algún dato hasta que el reloj

43

de KBD se libere, es decir sea alto. El host también debería almacenar los datos cuando la línea este en bajo, entonces el teclado se preparará aceptar un comando del host. La transmisión de datos en la dirección principal, es decir el teclado a host, se hace con una trama de 11 bits. El primer bit es un es un bit de inicio (lógica 0) seguido por 8 bits de datos (LSB primero), un bit de paridad (la paridad impar) y un bit de parada (lógica 1). Cada bit tiene que ser leído en el flanco de bajada del reloj.

Fig. 24. Protocolo de host del Teclado AT, bit con paridad impar.

Los Órdenes del teclado 

FA Reconocimiento



AA Autoprueba de alimentación pasada (BAT completo)



EE Vea el orden de eco (los órdenes del host)



FE Reenvío – al recibir la orden de reenvío el host debe re-transmitir el último byte enviado.



Error o desborde de la memoria



FF Error o desborde de la memoria

44

4.1.3. Circuito de Control del Marcador deportivo de LEDs

Fig. 25. Microcontrolador PIC y Latchs van a los transistores y LEDs.

45

Fig. 26. Control del Contador de 24 Segundos.

4.1.4. Diseño de un segmento y dígito del Marcador Electrónico

Fig. 27. Control de un segmento de los dígitos del Marcador Electrónico.

Consideramos una resistencia en la base del transistor de 1KΩ con la finalidad de saturar el transistor. Luego calculamos la Resistencia de colector para un segmento compuesto de 14 LEDs Super Brillantes que consumen cada uno 10 mA. RC 

5V  2V 14 * 10mA

46

RC 

5V  2V 140mA

RC  21.42  20

En un dígito de 7 segmentos al encenderse todos a la vez consumen una corriente de 0.98 A.

Fig. 28. Dígito del Marcador Deportivo.

4.1.5. Circuito de Comunicaciones Está conformado por los integrados TXM-315-LC-ND, RXM-315-LC-SND son módulos ultracompactos operan en la banda de 260~470MHz, éstos módulos específicamente trabajan en los 315 MHz y proporcionan una solución completa y rentable para la transmisión inalámbrica de control serial e información de comando sobre distancias alrededor de 300 pies Tx: 

Rango de 2.7 ~ 5.2 VDC



1.5 avg de mA



+3 dbm de salida



Tasa de transferencia máxima de 5Kbps

Fig. 29. Transmisor TXM-315-LC-ND.

Rx: 

Rango de 2.7 ~ 5.2 VDC



Consumo de potencia de 600mA op. y 300 A en modo de descanso



Tasa de transferencia máxima de 5Kbps

47

Fig. 30. Receptor RXM-315-LC-S-ND.

Fig. 31. Conexionado del Transmisor y Receptor.

4.1.6. El RS 485 El

SN75176A Bus Diferencial transceiver es un circuito integrado

monolítico diseñado para una comunicación de datos bidireccional multipunto de líneas de transmisión, está diseñado para líneas de transmisión equilibradas y el estándar ANSI EIA/TIA-422-B e ITU recomendado es V.11. El SN75176A combina 3 estados, diferenciales, línea diferencial y una entrada línea receptora diferencial los dos que solo operan a 5v, el Driver y el Receptor tienen habilitaciones de estados alto y bajo que pueden externamente ser conectados juntos para funcionar como dirección de control, la salida diferencial del driver y la entrada diferencial del receptor están conectados internamente a la forma del bus diferencial input/output (I/O) de los puertos, que son diseñados para ofrecer la mínima carga al BUS siempre que el Driver este deshabilitado o Vcc=0. Esta característica de los puertos con un positivo amplio y negativo va haciendo el dispositivo muy conveniente para aplicaciones de bajo consumo.

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Fig. 32. Símbolo y diagrama Lógico.

El Driver esta diseñado para manejar cargas mayores a 60mA de un sumidero o fuente de corriente. Las características del driver positivo y negativo, limitación de corriente y apagado térmico para protección de la línea de condiciones de error. El apagado térmico esta diseñado para al ocurrir un momento de temperatura aproximadamente de 150ºC. Las características del receptor a una entrada mínima de 12 kΩ. Una sensibilidad de 200 mV, y una típica entrada de histéresis de de 50mV. El SN75176A esta caracterizado por la operación de 0ºC a 70ºC.

Fig. 33. Tabla de funciones.

Una aplicación de la conexión del Terminal seria el siguiente:

Fig. 34. Aplicación Típica.

49

4.1.7. Proceso de Funcionamiento de la pantalla matricial La pantalla matricial para propaganda e información general consta de 16 filas por 64 columnas. Lo que nos permite presentar texto en dos filas y hasta 12 caracteres por fila en forma animada, así como también gráficos a partir de mapas de bits con una resolución de 1 bit. Para ilustrar mejor el funcionamiento consideremos una pantalla matricial basada en módulos de 16 x 8 bits donde se hace un barrido por columnas ingresando los datos a través de un puerto de un microcontrolador PIC. Columna 16

Columna 15

Columna 14

Columna 13

50

Columna 12

Columna 11

Columna 10

Columna 9

Columna 8

Columna 7

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Columna 6

Columna 5

Columna 4

Columna 3

Columna 2

Columna 1

Fig. 35. Barrido de LEDs en una matris de 16x8.

52

4.1.8. Circuito de control de la pantalla matricial

Fig. 36. Control del panel matricial de 16 filas por 64 columnas. 53

4.2.

Alimentación de Energía

Fig. 37. Rectificación de una Fuente de Alimentación CA-CC.

54

Fig. 38. Proceso de Rectificación y Filtrado.

55

Fig. 39. Actuación del condensador en el proceso de Filtrado.

Fig. 40. Regulador Discreto de Voltaje.

Fig. 41. Voltaje de entrada al regulador Discreto de Voltaje.

Formulas de la fuente AC-DC. Vin ( max ) 

2VSEC  2VD

 Ri  Vin ( med )  Vin ( max ) 1  2 Rr   Ri  I L  4 Vrp ( pp )  1  2Cf SEC  2 Rr  2 Vin ( min )  Vin ( med )  Vrp ( pp ) 3

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FUENTE DE ALIMENTACIÓN AT Se utiliza una fuente de alimentación AT como fuente de alimentación para el circuito de potencia que controla el marcador electrónico. La fuente AT consta de dos secciones, la sección primaria es donde se encuentra la entrada de CA de red eléctrica, los diodos rectificadores, filtros y demás componentes de esa etapa. La sección secundaria es donde se encuentran todos los componentes necesarios para rectificar y filtrar los diferentes voltajes que debe proveer la fuente además de los circuitos para controlar y regular el funcionamiento de la misma. El conector de la fuente AT tiene salidas codificadas por colores y sus valores se muestran en la tabla que sigue a continuación.a Conector P8 Pin Nombre Color 1 PG Naranja 2 3 4 5 6

+5V +12V -12V GND GND

Conector P9 Pin Nombre 1 GND 2 GND 3 -5V 4 +5V

Rojo Amarillo Azul Negro Negro

Descripción Power Good, +5V CC(DC) cuando se estabilicen todos los voltajes. +5 V CC(DC) (o no conectado) +12 V CC(DC) -12 V CC(DC) Tierra/Masa Tierra/Masa

Color Negro Negro Blanco o amarillo Rojo

Descripción Tierra/Masa Tierra/Masa -5 V CC(DC) +5 V CC(DC)

Tabla 5. Códigos enviados por el teclado AT.

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4.2.1. Comunicación Serial En la comunicación serie, los bits se transmiten con un valor alto, o sea, circulando corriente por el cable, durante un determinado estado de tiempo. Cuando existe conexión entre dos equipos, el estado del cable es de 1 ó mejor dicho, de valor alto, o sea, que pasa la corriente por él, cuando se transmite un dato, primero se transmite un valor bajo, o estado de línea sin corriente durante un determinado estado de tiempo, llamado bit de comienzo “start bit”, luego se transmiten los bits de datos del menos significativo al más significativo, los bits de datos pueden ser de 5 a 8, luego un bit llamado bit de paridad, que indica el estado de los bits que se han enviado/recibido, siendo de ninguna, si no quiere chequearse este bit, par ó impar dependiendo del nº de bits 1 ó 0 que se vean implicados y por último un bit de parada llamado bit de stop. Ya que los bytes ó caracteres pueden aparecer en cualquier momento, el receptor solamente se sincroniza con el emisor cuando recibe el bit de comienzo, por tanto, la velocidad de los dos equipos en su puerta serie debe ser la misma. En el proyecto utilizamos la comunicación serial asíncrona y en el panel matricial se utiliza comunicación serial RS232 ó RS485. Para la comunicación con el estándar RS232 se utiliza el MAX232 cuyo circuito de aplicación es el siguiente:

Fig. 42. Diagrama de conexión del MAX232.

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La Comunicación Asíncrona En el modo de transmisión asíncrona cada byte de datos incorpora los bits de sincronismo start/stop, y ocasionalmente bits de paridad, como se muestra en la siguiente figura, la cual representa un ejemplo de comunicación asíncrona de un paquete de datos de 8 bits.

Fig. 43. Comunicación Serial.

El bit START y los bits de STOP. Ambos son fundamentales para que los datos enviados recogidos sin errores por el Terminal receptor. Tienen la misión de sincronizar la transmisión. En la figura anterior se puede apreciar que antes de enviar un bit por la línea de transmisión, el dispositivo de salida serie coloca un nivel “alto” de tensión, conocido como 1, en otras palabras, el estado de reposos se caracteriza por un nivel alto de tensión. Para indicar la transmisión de un carácter, el dispositivo pone un nivel de tensión “cero” en la línea durante un período de tiempo predeterminado: el bit de START. Este tiene la misión de indicar el comienzo d la transmisión de datos. A continuación se transmiten todos los bits, uno detrás de otro, teniendo en cuenta que deben tener la misma temporización. A continuación del último bit, opcionalmente, podemos observar el bit de paridad, y después, siempre, los bits de STOP.

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Los bits de STOP, al contrario del bit de START, tienen un nivel “alto”. Cumplen una doble misión: la de indicar el final de la transmisión de un carácter y la de permitir la resincronización automática en caso de la pérdida de sincronismo. El bit de Paridad. Es una forma de detección sencilla de errores y se basa en el concepto matemático de paridad. Por tanto, el nivel de tensión que corresponde a este bit es variable y depende únicamente de los bits de datos que se transmitan en un momento determinado. No obstante, es muy discutible la eficacia de este bit por varias razones. Una de ellas es que sólo detecta errores de un único bit en un byte; si tiene lugar en dos bits simultáneamente, este sistema puede dar como válido el dato. Otra razón es la de disminuir la velocidad de transmisión -al enviarse bits sobreabundantes - por estos motivos, dada la baja tasa de errores de este tipo de comunicaciones, es posible dejar sin paridad el formato de la transmisión serie. Velocidad de Transmisión. Podemos definir la velocidad de transmisión de la información digital como el número de bits enviados por segundo (bps). No debemos confundirla con la unidad eléctrica de medida que es el baudio, que podríamos definir cono el número de unidades de información transmitidas por segundo. Para entender la diferencia entre las dos medias podemos pensar en un sistema de comunicaciones de señales eléctricas en el cual se pueden codificar 2 ó 4 bits en un solo impulso eléctrico. En la comunicación serie, los bits se transmiten con un valor alto, o sea, circulando corriente por el cable, durante un determinado estado de tiempo.

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Cuando existe conexión entre dos equipos, el estado del cable es de 1 ó mejor dicho, de valor alto, o sea, que pasa la corriente por él, cuando se transmite un dato, primero se transmite un valor bajo, o estado de línea sin corriente durante un determinado estado de tiempo, llamado bit de comienzo "start bit", luego se transmiten los bits de datos del menos significativo al más significativo, los bits de datos pueden ser de 5 a 8, luego un bit llamado bit de paridad, que indica el estado de los bits que se han enviado/recibido, siendo de ninguna, si no quiere chequearse este bit, par ó impar dependiendo del número de bits 1 ó 0 que se vean implicados y por último un bit de parada llamado bit de stop. Ya que los bytes ó caracteres pueden aparecer en cualquier momento, el receptor solamente se sincroniza con el emisor cuando recibe el bit de comienzo, por tanto, la velocidad de los dos equipos en su puerta serie debe ser la misma. Transmisión de datos Para el protocolo de transmisión de datos, sólo se tienen en cuenta dos estados de la línea, 0 y 1, también llamados Low y High. Cuando no se transmite ningún carácter, la línea esta High. Si su estado pasa a Low, se sabe que se transmiten datos. Por convenio se transmiten entre 5 y 8 bits, pero la BIOS sólo soporta una anchura de datos de 7 u 8 bits. Durante la transmisión, si la línea está Low, se envía un 0 y si está High indica un bit a uno. Se envía primero el bit menos significativo, siendo el más significativo el último en enviarse. A continuación se envía un bit de paridad para detectar errores. Finalmente se mandan los bits de stop, que indican el fin de la transmisión de un carácter. El protocolo permite utilizar 1, 1,5 y 2 bits de stop.

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El número de bits que componen cada palabra dependen del código a emplear, así, si se quieren transmitir datos ASCII normales, serán de 7 bits, pero si se quiere enviar el juego completo de caracteres, cada una debería estar formada por 8 bits. Dependiendo de esto, si se emplea paridad y el número de bits de stop, se mandarán un determinado número de caracteres dependiendo de la velocidad en baudios (bits por segundo) por el puerto serie. En la siguiente figura se puede ver con detalle la transmisión del carácter ASCII A, que es el 65 y su representación binaria es 0100001.

Fig. 44. Voltaje de entrada al regulador Discreto de Voltaje.

TRANSMISOR

RECEPTOR Conector RS232

RS232 Connector  P o w e r L E D

Interface Serial



Transmisor

P o w e r

Antena

L E D

Encoder-Buffer

RF Signal

Fig. 45. Transmisión Serial RF.

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Interface Serial Decoder-Buffer Receptor

Antena

A continuación vemos las señales de transmisión y recepción vistos en el osciloscopio, para pruebas realizadas a 100 Hz y 2 kHz.

Fig. 46. Voltajes en el transmisor y receptor RF a 100 Hz y 2 k Hz.

63

4.3.

Diseño del Software

4.3.1. Marcador de 24 Segundos El Marcador de 24 segundos primero está en espera de un comando, proveniente del marcador electrónico y luego empieza el conteo hasta finalizar o recibir un comando para de parar, luego del cual se puede reiniciar el conteo o finalizarlo, si el conteo llega a cero tiene que activar el Triac que enciende la chicharra del contador de 24 segundos, proceso que vemos en el siguiente diagrama. Puede operar independientemente conectando un pulsador o sincronizado con el marcador deportivo.

Fig. 47. Diagrama de Actividades del Marcador de 24 Segundos.

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4.3.2. Marcador Deportivo El Programa que controla el Marcador Electrónico está encargado de visualizar el estado del juego y controlar el contador de 24 segundos, para lo cual tiene que obtener datos a través de la entrada serial del USART del microcontrolador, que puede ser a través del protocolo RS485 o por vía RF. Las actividades que va a realizar el microcontrolador de este circuito se detallan a continuación, proceso en el cual se tiene que implementar hilos que controlen cada etapa y hacemos uso del procesamiento distribuido, además es posible actualizar el panel matricial.

Fig. 49. Diagrama de Actividades del Marcador Electrónico.

65

4.3.3. Mando del Marcador Electrónico Encargado de la lectura del teclado para poder actualizar valores de periodo, puntajes, faltas y controlar el desarrollo del juego, las pausas, el estado del reloj, tiene además la posibilidad de ingresar correcciones a los distintos valores, posteriormente tiene que visualizar los valores en el LCD y transmitir los mismos a través de la salida serial del USART del microcontrolador, que puede ser por vía RF o protocolo RS485. Múltiples hilos se encargan de controlar en su totalidad todo el sistema, este microcontrolador actúa de Maestro y tiene control absoluto de los demás componentes del Sistema Distribuido.

Fig. 50. Diagrama de Actividades del Mando del Marcador Electrónico.

66

4.3.4. Comunicación I2C

Fig. 51. Diagrama de Actividades de la Comunicación I2C.

4.3.5. Conversión analógica digital para presentar la temperatura

Fig. 52. Diagrama de Actividades de la Tx y Rx con USART.

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4.3.6. Comunicación Serial

Fig. 53. Diagrama de Flujo de la Tx y Rx con USART.

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4.3.7. RS485 La Comunicación por RS485 es igual a la RS232 pero además tenemos que habilitar la transmisión o recepción en el DRIVER/RECEPTOR 75176. Los bits se transmiten en forma diferencial con bajo voltaje, y alta velocidad, lo cual lo hace muy práctico para los circuitos. En el modo de transmisión es asíncrona cada byte de datos incorpora los bits de sincronismo start/stop, y ocasionalmente bits de paridad.

Fig. 54. Diagrama de Actividades de la comunicación con protocolo RS485.

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4.3.8. Panel Matricial El Panel Matricial esta tiene un microcontrolador encargado de hacer un barrido constante de cada una de las columnas del panel, lo que tiene que hacerlo por lo menos 60 veces por segundo. Además de este proceso tiene que leer el texto que va a presentar o los gráficos y actualizar constantemente el buffer donde se almacena los valores de cada LED en el Panel. En el gráfico siguiente se describe el proceso de barrido de las columnas del panel.

Fig. 55. Diagrama de Flujo del Barrido de LEDs del Panel Matricial.

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4.4.

Características del Marcador Deportivo

Fig. 56. Disposición del Marcador Deportivo.

Características Funcionales 

Cronómetro programable en sentido creciente o decreciente (0:00 - 99:59).



Décimas de segundo en el último minuto.



Tanteo local y visitante de 0 a 199 puntos.



Visualización del número de periodo en juego.



Indicación del número de faltas acumuladas del equipo Local y del equipo Visitante.



Señalización del equipo con mas de 5 faltas acumuladas.



Indicación del número de tiempos muertos solicitados por cada uno de los dos equipos.



Señalización del equipo en poder de la posesión o el servicio



Claxon manual y automático.

Características Técnicas 

Dimensiones exteriores: 2.5 m. x 1.6 m



Construcción modular.



Acceso de mantenimiento: Frontal.

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

Dígitos formados por leds de alta luminosidad con una perfecta visualización garantizada por un periodo superior a diez años.



Altura dígitos: 40 cm.



Visibilidad: 100 mts.



Angulo de visión: 160º.



Señal sonora: Potente doble bocina eléctrica.



Rotulación fija: "Local" y "Visitante", en vinilo de color blanco sobre unas planchas que mediante unas guías se pueden extraer con el fin de rotular el auténtico nombre de cada equipo cuando se crea conveniente.



Altura rotulación fija: 20 cm.



Alimentación : 220 voltios.



Consumo eléctrico: 1200 W.



Peso: 40 Kg.



La programación y manejo de los marcadores se efectúa desde la consola de Control mediante el sistema Vía RF o a través de conexión serial por cable. En cada ocasión se escoge el sistema de transmisión que mas convenga y no presente interferencias.



El Marcador Deportivo funciona mediante un sistema distribuido de PICs dando así una máxima precisión.



La consola de programación del Marcador Deportivo de Control monta un completo display LCD desde donde todas las informaciones quedan reflejadas con el fin de que el anotador no tenga necesidad de comprobar mirando al marcador, si todas sus anotaciones son correctas.



Acceso de mantenimiento marcador: Frontal.

Opciones y Accesorios 

Protección frontal del marcador contra impactos de pelotas y balones mediante una red metálica de fácil instalación.



Panel publicitario con o sin Iluminación Interior.



Rotulación del nombre del equipo en lugar del rotulo “Local”.

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

Indicador visual de cuando suena el claxon para competiciones de atletas minusválidos.



Posibilidad de montar 4 unidades de este modelo En una Estructura Metálica en forma de cubo 4 caras e instalarse suspendido desde el techo sobre el centro de la pista.

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CAPITULO 5 DISCUSIÓN 

No toda la teoría a la hora de diseñar se cumple, pero eso si siempre existe un margen de error en los cuales oscilan nuestros diseños.



La actual tecnología nos conlleva a seguir avanzando cada vez y más, ya que las cosas que conocemos hoy, podrían estar en desuso mañana.



El diseño de circuitos con gran cantidad de componentes exige un diseño eficiente, robusto y modular para evitar fallos por complejidad del sistema.



La Comunicación por RF no presenta problemas en un coliseo pero está sujeto a sufrir interferencias.



La comunicación RS485 es muy fiable y es recomendable implementarlo de ser posible adecuarlo a las instalaciones.



Los resultados de visibilidad de los LEDs empleados resultaron muy buenos especialmente a distancias entre los 10 m. y los 70 m.



El circuito de control es susceptible de se modificado para estadios con el reemplazo de transistores con optotriacs y una reducción de dígitos de presentación incluyendo solamente horas, goles y cambios.

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