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Nombre del Trabajo: Detector de gas con fuente regulable

Alumnos:

RAMIREZ CONCHA JULIO MIGUEL ERNESTO NAZIA FAIRUZ ACOSTA CAYOTOPA INGRID JOCELÍN VILCHEZ ORTIZ

ÀREA: Ingeniería y tecnología Curso: Electricidad y electrónica Profesor: ING. Pedro Fiestas Huamanchumo

2017-I

UNIVERSIDAD RICARDO PALMA FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

RESUMEN: Este novedoso proyecto consiste en un Detector de Sensor de Gas MQ2 con fuente regulada, el cual es adecuado para la detección de gas LP, i – butano , propano, metano, alcohol, hidrogeno, tiene una alta sensibilidad , un tiempo de respuesta rápido y dicha sensibilidad puede ser ajustada con un potenciómetro aplicando todos los conocimientos adquiridos en el curso y desarrollando nuestras habilidades de creatividad e innovación.

1. PRESENTACION DEL PROBLEMA Actualmente se utilizan recursos naturales en el hogar en las empresas de manera permanente pero existe la posibilidad de que puedan suceder fugaz de gas, siendo así un riesgo para el entorno, se podrían producir explosiones, asfixias e intoxicaciones dentro del ambiente donde ocurre el hecho, ya que los gases suelen a veces no tener olor ni color serian un factor determinante en su accionar. 2. SOLUCION DEL PROBLEMA

INTRODUCCIÓN El impacto que se espera con el desarrollo de este trabajo, es que logre servir a la sociedad en general ya que cualquiera que es miembro de un hogar o en las industrias desean brindar un ambiente seguro para los que los rodean. En la industria, en las residencias y en todos los lugares donde existe la posibilidad de tener fugaz de gas se puede utilizar el detector de gases que tienen la facultad de captar los gases peligrosos. Para tal fin utiliza un sensor que reacciona ante la presencia del gas activando la alarma sobre este suceso. Para la realización de este dispositivo también se diseñó una fuente regulable para aprovechar la fuente de alimentación de 220 voltios que funciona con rectificadores, capacitancias y un regulador y así convertimos la señal AC en DC, evitando el uso de pilas siendo así un dispositivo muy útil.

Desarrollar el dispositivo utilizando los conocimientos del curso electricidad y electrónica e implementarlo en cualquier ambiente donde pueda realizar su labor preventiva o como también podría participar en algún proceso productivo y otras aplicaciones.

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ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL 3. MATERIALES Y HERRAMIENTAS A USAR:            

01 Transformador de 220 V AC a 9 V DC 03 Condensadores electrolíticos de 2200 uf a 25 v, 1uf a 25v, 0.1 uf a 25v 02 Diodos 1N4001 01 rectificador de voltaje LM7805 01 fusible de 1 amperio 01 pantalla LCD 16 x 2 01 micro controlador PIC 16F628 01 sensor de gas 01 diodo led 01 potenciómetro 01 transistor NPN 01 resistencia de 1k

HERRAMIENTAS      

Protoboard Fuente de alimentación Regulada Externa Multimetro Digital. Cables. Cables tipo cocodrilo. Extension electrica.

4. COSTOS COSTOS DETECTOR DE GAS Materiales y herramientas

Transformador de 220 V AC a 9 V DC Condensadores electrolíticos de 2200 uf a 25 v, 1uf a 25v, 0.1 uf a 25v Diodos 1N4001 rectificador de voltaje LM7805 fusible de 1 amperio pantalla LCD 16 x 2 micro controlador PIC 16F628 sensor de gas diodo led potenciómetro transistor NPN resistencia de 1k Protoboard TOTAL

Cantidad 1 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Costo unitario S/.

Costo S/.

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ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL 5. DESCRIPCIÓN DE MATERIALES  TRANSFORMADOR. Es un dispositivo electrónico que permite aumentar o disminuir el voltaje de salida para un circuito electrónico.  CONDENSADORES ELECTROLITICOS. Se usan para almacenar la carga, y moderar la tensión eléctrica de salida y las fluctuaciones de corriente en la salida rectificada. También son muy usados en los circuitos que deben conducir corriente continua pero no corriente alterna.  DIODOS. Es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido, sus dos terminales está compuesto por el ánodo (+) y cátodo (-).  RETIFICADOR DE VOLTAJE LM7805. Es un dispositivo electrónico que tiene la capacidad de regular voltaje positivo de 5V a 1A de corriente, en la mayoría de los desarrollos con arduino o con programadores PIC estamos obligados a garantizar una fuente de tensión constante, eso disminuye la posibilidad de dañar nuestro circuito debido a oscilaciones en los niveles de tensión, la forma más práctica y simple de lograr esto es mediante el Regulador de voltaje 7805, básicamente es un dispositivo que cuenta con 3 pines.  Tensión de entrada  Masa  Tensión de salida  FUSIBLE. Es dispositivo utilizado para proteger dispositivos eléctricos y electrónicos. Este dispositivo permite el paso de la corriente mientras ésta no supere un valor establecido.  PANTALLA LCD. Pantalla de cristal líquido es una pantalla delgada y plana formada por un número de píxeles en color o monocromos colocados delante de una fuente de luz o reflectora. A menudo se utiliza en dispositivos electrónicos de pilas, ya que utiliza cantidades muy pequeñas de energía eléctrica.

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ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL  MICRO CONTROLADOR PIC 16F628. Es un microcontrolador de 8 bit, posee una arquitectura RISC avanzada así como un juego reducido de 35 instrucciones.  SENSOR DE GAS. Los sensores de gas son dispositivos que indican la presencia de algún gas específico, en algunos casos pueden configurarse o, en caso de tener sensores más precisos, miden la concentración de gas. Los sensores de gas son usados para prevenir la exposición a gases combustibles y gases tóxicos. Se recomienda usar estos sensores en espacios confinados y pequeños debido a que su eficiencia es mayor.  DIODO LED Es un diodo que además de permitir el paso de la corriente solo un u sentido, en el sentido en el que la corriente pasa por el diodo, este emite luz. Cuando se conecta un diodo en el sentido que permite el paso de la corriente se dice que está polarizado directamente.  POTENCIOMETRO. Un potenciómetro es una Resistencia Variable

 TRANSISTOR NPN. El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada, en este caso se usa como interruptor.  RESISTENCIA. Es la oposición al flujo de electrones al moverse a través de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (Ω)  CABLES DE PUENTE. Es un cable con un conector en cada punta (o a veces sin ellos), que se usa normalmente para interconectar entre sí los componentes en una placa de pruebas

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6. DIAGRAMAS 6.1. Diagrama de Bloques del sistema

FUENTE

SISTEMA “CARGA” ALIMENTACION SEÑAL RECTIFICADA ACTIVACION DE LA PANTALLA LCD COMO APAGADO

ACTIVACION DEL BUZZER

ETAPA DE CONTROL PIC ACTIVACION DEL SENSOR DE GAS

VISUALIZACION POR PANTALLA ENCENDIDO DEL SENSOR DE GAS

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ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL 6.2. Diagrama Esquemático

FUENTE

SISTEMA “SIN DETECCION DE GAS”

SISTEMA “CON DETECCION DE GAS”

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ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL 7. DESARROLLO DEL PROYECTO El desarrollo del proyecto esta constituido por cuatro etapas las cuales son: 7.1. ETAPA DE ALIMENTACION: Al enchufar el proyecto al tomacorriente, este contiene un voltaje de 220 rms voltios alternos, con una frecuencia de 60 Hz. Para que el detector de GAS funcione necesita ser alimentado en corriente continua de 5 voltios, por ello se ha adquirido un transformador reductor de 220V a 9V que luego será rectificado a continua de 5 v.

Sabiendo que la corriente alterna es unas veces positivas y otras negativas, lo primero que tiene que hacer la fuente de alimentación es mantener la polaridad, es decir rectificar la corriente para que sea siempre positiva, como lo es en corriente continua y quitar los valores negativos.

Para esto debemos Rectificarla mediante diodos. Un diodo solo conduce en un solo sentido, cuando está polarizado directamente, impidiendo la circulación de la corriente en sentido contrario. Vamos a utilizar un rectificador de onda completa.

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ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Cuando el punto A sea positivo respecto al B, el Diodo D1 queda polarizado directamente y conduce a través de RL (flechas verdes), sale de RL hacia D3, que también conduce por que estará polarizado directamente y se cierra el circuito por el punto B. Se puede seguir la dirección de la corriente por las flechas verdes en el circuito. Cuando el punto A sea negativo respecto al B, la corriente sale del punto B (flecha azul), circula por el diodo D4 que está polarizado directamente y la corriente va RL. Al salir de RL pasa por el diodo D2 cerrando el circuito por el punto A. Se puede seguir la dirección de la corriente por las flechas azules en el circuito. Resumen: - A positivo D1 y D3 polarizados directamente y circula por ellos la corriente. D2 y D4 polarizados inversamente e impiden que circule la corriente por ellos. Corriente entra por A atravesando D1 y D3 y sale por B. - A negativo D2 y D4 polarizados directamente y circula por ellos la corriente. D1, RL y D3 polarizados inversamente e impiden que circule la corriente por ellos. Corriente entra por B atravesando D4, RL y D2 y sale por A Si nos fijamos las flechas rojas es la parte del circuito por donde siempre circula corriente, pero la corriente por esa parte del circuito, por RL, o lo que es lo mismo los extremos de salida del circuito, siempre circula en el mismo sentido del + al - de RL. Pues bien con este circuito hemos conseguido aprovechar las 2 ondas en alterna y que siempre sean positivas y además sin pérdida de energía. Hay que convertirla en lo más plana posible para que sea auténticamente c.c. y como la mayoría de las que se usan. Para eso vamos hacer un filtro de la onda mediante un condensador. Veamos el circuito por separado primero:

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Tenemos un condensador en paralelo con una resistencia (CARGA), alimentados por una corriente alterna. En el instante inicial el condensador está descargado y la tensión de alimentación lo carga. Al cabo de un tiempo en condensador estará completamente cargado. ¿Qué pasa ahora? Ahora el condensador comienza a descargarse por RL, pero casi nada más empezar a descargarse, el generador de alterna lo detecta y empieza a cargar otra vez el condensador. El condensador nunca se descarga por completo. La Tensión en RL o de salida, al estar en paralelo con el condensador, será la misma que tenga el condensador, por eso la onda de la tensión de salida será la de la gráfica de la derecha, una onda rectificada, de tal forma que solo tendrá la cresta de la onda con un pequeño rizado.

Durante la carga y descarga del condensador, al estar en paralelo con RL, la señal de salida será igual a la del condensador. Será la media onda de la cresta. El condensador estará cargándose y descargándose constantemente. Este ciclo se repite constantemente. La señal salida siempre será alta, aun así, existen unas pequeñas variaciones en la tensión que se obtiene, llamadas tensión de rizado. El factor de rizado es la medida de la cantidad en que se suaviza la onda. Además se llama tensión de rizado a la variación alterna de la tensión de salida después de rectificada. Esta tensión de rizado es debida a la carga y descarga de los condensadores, como ya se explicó. Para evitar las tensiones de rizado se usa un estabilizador.

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Ahora ya tenemos nuestra señal en c.c. y bien plana. Vamos a unir esta última parte en el circuito con el rectificado de onda completa y tendremos nuestra fuente de alimentación.

7.2. ETAPA DE CONTROL: Al obtener los 5 voltios continuos y constante, va a servir para alimentar al Microcontrolador PIC16F628A, el cual es la parte lógica que controla la entradas que viene a ser el sensor de GAS y salidas que viene a ser la pantalla LCD y Buzzer. Se ha elaborado el programa, mediante el lenguaje de programación PIC BASIC PRO, este compilador contiene 83 instrucciones reservadas, para realizar una tarea específica, las más utilizadas son IF, THEN, ELSE, ENDIF, etc. 7.2.1. Esquema MICROCONTROLADOR PIC16F628A: Definimos entradas y salida de los pines del Microcontrolador, mediante las instrucciones TRISA, TRISB, así como las variables para el manejo de las posiciones en el LCD. Se definió la variable zumbador para el sonido del zumbador. Definimos la configuración de Comparador Analógico del PIC16F628A con los registros reservados CNCON, VNCON, INTCON, PIE1, STATUS, PIR1, mediante condigo ASEMBLER, habilitando el puerto A del PIC para funciones analógicas, y habilitando un voltaje de referencia de 1 Voltio.

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7.3. ETAPA DE SALIDA: El sensor detecta el GAS, ya sea propano, alcohol, inclusive humo. Proveniente del divisor de voltaje que forma el sensor y una resistencia de carga, manda una salida analógica al PIC. La resistencia del sensor cambia de acuerdo a la concentración del gas en el aire. En la programación del PIC, la comparación del voltaje que manda el SENSOR con la tensión de referencia de 1 Voltio que se configuro en el pin PORTA.0 , en caso se active la bandera CMIF en el registro PIR1 del Microcontrolador, se ha programado para que lea el dato, para luego preguntar con una instrucción IF , si se activó el registro C1OUT(BIT 6) del registro CMCON , para luego ejecutar la rutina "encender", que se encuentra anexado al mensaje en la Pantalla LCD: "ALARMA ACTIVADA PELIGRO" y así como el sonido del zumbador. Se definió una pantalla LCD 16x2(Liquid Crystal Display), que es un módulo de visualización electrónica. Un LCD 16x2 significa que puede mostrar 16 caracteres por línea y hay 2 líneas. El registro de comando almacena las instrucciones de comandos dados a la pantalla LCD. Un comando es una instrucción dada a LCD para hacer una tarea predefinida como inicializarlo, despejando su pantalla, ajustar la posición del cursor, el control de pantalla, etc.

7.3.1. Esquema LCD: Trabajaremos en la conexión de 4 BITS del LCD (D4-D7), un detalle importante es el pin 3 que sirve para regular el contraste conectando una resistencia variable. PROGRAMACIÓN define osc 4

'Define el oscilador de 4Mghz

'**** Inicializar el LDC **** DEFINE LCD_DREG PORTB 'Define los 4 BITS a usar del puerto B, a partir del BIT 4 DEFINE LCD_DBIT 4 'Define los 4 BITS a usar del puerto B, a partir del BIT 4 DEFINE LCD_RSREG PORTB 'Define el RS del LCD a que PIN SE CONETA DEL PORTB DEFINE LCD_RSBIT 2 'Define el RS del LCD a que PIN SE CONETA DEL PORTB DEFINE LCD_EREG PORTB 'Define el E del LCD a que PIN SE CONETA DEL PORTB

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ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL DEFINE LCD_EBIT 3 PORTB

'Define el E del LCD a que PIN SE CONETA DEL

TRISB = 0 ' PORTB salida TRISA = %00000011 ' Puerto A.0,1>Entradas A2,3,4,5,6,7>NoUsados B0 VAR BYTE 'Creando la variable posiciones LCD B1 VAR BYTE 'Creando la variable posiciones LCD zumbador VAR PORTB.1 'Creando la variable BIT 1 del PORTB

Inicio: asm ; comienza Codigo Asembler movlw 00010010b movwf CMCON ; Habilita Puerto A para funciones analogicas bsf STATUS,RP0 ; Banco 1 movlw 0xA5 ; Vref activado, Low, VR=5 (Vref=1.00 Volt).movwf VRCON bcf STATUS,RP0 ; Banco 0.clrf PORTB movf CMCON,f ; Operacion de lectura.bcf PIR1,CMIF ; Limpiamos bandera.bsf STATUS,RP0 ; Banco 1 bsf PIE1,CMIE ; Habilitamos interrupción por comparador analógico. bsf INTCON,PEIE ; Habilitación de Interrupción por periféricos.bsf INTCON,GIE ; Habilitacion general de interrupciones.bcf STATUS,RP0 ; Banco 0.endasm 'todo esto para indicar el comparador en el PIC.

LCDOUT $fe,1 'LIMPIAR LCD indicadas en cada fila LCDOUT $fe,1,"ALARMA DE " LCDOUT $fe,$c0,"GAS APAGADA PAUSE 1000

'Escribe en LCD a partir de las posiciones

"

Preparar : if PIR1.6=1 then salta al comparado GOto comparador ELSE

'Pregunta si el FLAG del pin 6 del rregistro PIR1 es igual 1,

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ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL if CMCON.6=1 then al comparado GOTO encender endif endif

'Pregunta si el pin 6 del rregistro CMCON es igual 1, salta

comparador: if CMCON.6=1 then GOto encender ; pregunta si se acciono el pin 6 ir a encender ELSE GOTO Inicio Endif

Encender: 'Mostrar letra por letra PAUSE 1000 LCDOUT $fe,1 'LIMPIAR LCD FOR B0 =0 TO 15 LOOKUP B0,["ALARMA ACTIVADA "],B1 LCDOUT $FE,$0C,B1 PAUSE 100 NEXT LCDOUT $FE,$C0 ' COLOCAR EL CURSOR EN LA SEGUNDA LINEA FOR B0 =0 TO 13 LOOKUP B0,[" PELIGRO "],B1 LCDOUT $FE,$0C,B1 PAUSE 100 NEXT HIGH zumbador pause 1000 low zumbador PAUSE 500 GOTO preparar End

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8. FOTOGRAFÍA DEL PROYECTO FINAL

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9. CONCLUSIONES 

Gracias a los conocimientos adquiridos en el Curso Electricidad y Electrónica se pudo elaborar el dispositivo aplicando las mismas metodologías que se usaron en laboratorios y en clases.



El dispositivo es un proyecto que busca la seguridad en la sociedad o entorno y fue elaborado con conocimientos básicos de la electrónica.



El uso de este dispositivo puede volverse comercial ya que es muy útil para ciertos lugares donde se pueda presentar los peligros tanto como en las residenciales donde puedan existir fugas de gas, porque actualmente las casas en lima cuenta con conexión de gas directa.