Memorias de las IX Jornadas de Investigación 2011 UNEXPO Puerto Ordaz - 6 al 9 de Julio de 2011

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1 DESARROLLO DE UN SISTEMA DE ENCENDIDO AUTOMÁTICO DE COMPUTADORAS CON UN SENSOR DE TENSIÓN DE LA LÍNEA ELÉCTRICA. Guaita Beatriz, Romero Henry UNEXPO, Ciudad Guayana Resumen: En Venezuela las continuas fallas en la red de alimentación son muy frecuentes, creando la necesidad de contar con equipos que ofrezcan soluciones de alta calidad y confiabilidad, garantizando la continuidad de las operaciones cotidianas del usuario. En la presente investigación, se propone un prototipo para el encendido automático de computadoras con un sensor de tensión de la línea eléctrica, basado en un microcontrolador PIC16F84A, debido a la variedad de funciones que este posee. Lo descrito anteriormente lleva a desarrollar un sistema de encendido automático para las computadoras con un sensor de tensión para la línea eléctrica. Se considera un tipo de investigación de tipo proyectiva, por el hecho de que se va a implementar un diseño que trata de proponer soluciones a un problema de la sociedad. Se logró implementar el prototipo funcionando de forma eficiente y encendiendo la computadora luego de una falla en la red de alimentación. Palabras clave: Microcontrolador/ Computadoras/ Sensor de Tensión/ Encendido Automático/ Red de Alimentación. DEVELOPMENTOFAUTOMATIC SWITCHING ONACOMPUTERWITHASENSORFORELECTRICPOWERLINE Abstracts: In Venezuela, the continued failure of the power supply are common, creating the need for teams to offer solutions of high quality and reliability, ensuring the continuity of daily operations of the user.in this research, we propose a prototype for automatic ignition computer with a sensor voltage power line, based on a PIC16F84A microcontroller because of the variety of functions it possesses. The foregoing leads to develop an automatic ignition system for computers with a voltage sensor for power line. It is considered a type of projective type of research, by the fact that it will implement a design that seeks to propose solutions to a problem of society. It was possible to implement the prototype running efficiently and turning the computer after a failure in the mains. Key words: Microcontroller/ Computers/ Voltage Sensor/ Automatic Ignition/ Power Supply. I. INTRODUCCIÓN El mundo tecnológico se ha convertido totalmente dependiente de la disponibilidad continua de suministro eléctrico, la cual presenta en nuestro país constantes fallas como:subidas y bajas de voltaje, ruidos, picos de voltaje, interrupciones, entre otros. La multiplicidad de inconvenientes, pérdidas de tiempo y dinero que han sufrido empresas y personas del común, en sus equipos electrónicos, plataformas de datos, equipos de telecomunicaciones, domésticos, entre otros, ha creado la necesidad de contar con equipos y servicios, que ofrezcan soluciones de alta calidad y confiabilidad, garantizando la continuidad de las operaciones cotidianas del usuario. La problemática descrita anteriormente lleva a diseñar un sistema automático de encendido para las computadoras después de un falla en el suministro eléctrico, basado en un PIC 16F84A. La metodología aplicada en esta investigación, es de campo experimental, de tipo proyectiva; se presenta un prototipo que pretende dar soluciones a problemas existentes en la población. Esta investigación es importante debido a que plantea un diseño económico y funcional de un sistema de encendido automatizado de computadora; hoy día, las computadoras carecen de este sistema automático, ofreciendo al usuario la seguridad de que su equipo luego de una falla en el suministro eléctrico encenderá automáticamente. II. DESARROLLO: 1.-Métodos y materiales El diseño propone un encendido automático de computadoras luego de una falla en la red de alimentación, usando un sensor de tensión de la línea eléctrica. El sensor de tensión es un circuito diseñado para la vigilancia de la red de alimentación, protegiendo los elementos conectados a él. Está diseñado en torno a un microcontrolador, el cual controla todos los parámetros de los márgenes de voltajes establecidos y manda el pulso de encendido a la computadora. 131

2 Su funcionamiento, se basa en detectar tanto las subidas como las bajadas de tensión de la red eléctrica, así como los cortes de fluido eléctrico que pudieran producirse en la red de alimentación. Los márgenes a los que se ha sido diseñado, son de ±10% de la tensión de red, establecida en 110V - 60Hz como voltaje medio. El diseño de este trabajo de investigación para realizar el sensor y el sistema de encendido automático de computadoras, está conformado por 2 etapas: -Etapa de diseño del hardware, la cual se dividió en 2 fases: 2.- Fuente de poder de 5 VDC sin transformador. Esta fuente entrega 5 VDC contantes a su salida, está compuesta por un puente de diodos, filtros y un diodo zener que mantendrá el voltaje constante para la carga. El diseño de la fuente se puede ver en la Figura 1. Figura N 1. Fuente de voltaje de 5VDC. Este circuito funciona como se presenta a continuación, toma la tensión 110 VAC de la red de alimentación, el capacitor C1 provoca una caída de tensión para que el voltaje sea aceptado por el diodo zener, R1 se incluye para ayudar en el proceso de descarga cuando el circuito se desconecta, en el capacitor C1 la caída de voltaje se debe a la reactancia capacitiva que tiene un valor que depende del valor del capacitor y de la frecuencia de la señal aplicada (60 Hz). Luego la etapa de rectificación de onda completa con los cuatros diodos, un capacitor C2 que es el filtro básico a la salida del puente de diodos, una R2 que disminuye el voltaje antes del diodo zener, R3 impide alta corriente al encender debido a los capacitores, por ultimo un capacitor C3 ayuda a disminuir los picos de la onda, su función es como filtro, para eliminar inestabilidad en el voltaje. Este circuito fue diseñado para entregar no más de 200 miliamperios, así que hay que respetar esa limitación. Para el cálculo de la corriente máxima que puede suministrar la fuente se muestra a continuación: Ecuación. (1) Ciertas funciones de protección deberán ser agregadas al diseño básico para lograr un mayor grado de confiabilidad en la energía que se está suministrando como el fusible y el varistor para proteger al equipo de cortos circuitos y picos de voltaje. 3. Detector de tensión de la red formada por amplificadores operacionales. El circuito determina la condición de entrada de la red eléctrica. La configuración de los OPAMP permite comparar si la señal de entrada se encuentra dentro del límite establecido para el buen funcionamiento del equipo. En la Figura 2 se muestra el detector de tensión de la línea eléctrica. 132

3 Figura N 2. Detector de tención de la línea eléctrica Para hacer la medición de la red se toma la salida del puente de diodos (V+ y V-), de la fase del diseño de la fuente de 5VDC, se coloca un potenciómetro (POT1) para ajustar el rango de valores aceptables para la variación de la red, luego dicho potenciómetro va a la entrada de los comparadores para determinar en qué rango de voltaje se encuentra la red eléctrica. El OPAMP U1:B es el encargado de verificar cuando la tensión de entrada se encuentra por debajo del límite inferior establecido (100V) comparando el voltaje de referencia de la entrada inversora con la presente en el potenciómetro (POT1). De forma análoga trabaja U1:A para verificar cuando la tensión de entrada ha superado el límite superior (120V) comparando el voltaje en la entrada no inversora con el presente en el potenciómetro (POT1). Los operacionales U1:A y U1:B actúan en conjunto para generar los códigos digitales que permiten determinar la condición de entrada de la red. Para comparar, los OPAMP en una de sus entradas presentan un potenciómetro (POT2 y POT3), los cuales van a presentar el voltaje de referencia en alto y en bajo; de acuerdo al voltaje de la señal de entrada de la red eléctrica, arroja un estado digital a su salida dependiente del valor de referencia configurado en los potenciómetros (POT 2 y POT3), que establecen el rango de voltaje que permite el sensor, determinado por criterio de diseño, estas salidas posteriormente son entradas de un PIC16F84A en el que se van encontrar todas las instrucciones dependiendo del código de los comparadores. El diseño del circuito genera códigos digitales que permiten establecer las condiciones siguientes: dentro del rango normal 11, por debajo del rango 10 y por encima del rango 01. El cálculo del rango se obtuvo de manera experimental, midiendo el voltaje en el potenciómetro (POT1), cuando en la entrada de la red existe 100V, condición de Volt_Bajo que es el umbral inferior del cual no podrá bajar la señal de la red en condiciones normales, luego con 120V condición de Volt_Alto que es el umbral superior y representa sobre-tensión. 4.- Etapa de software Esta etapa consiste en la programación del microcontrolador para que pueda funcionar como sistema inteligente para la realización del sistema del censado de la red. Para esta etapa del control del sistema, se hizo uso del microcontrolador PIC16F84A, un PIC de dieciocho pines. El objetivo de este sistema es determinar la condición de voltaje en la red de alimentación, de acuerdo a una serie de códigos arrojados por los comparadores. El programa censará la red eléctrica, según las condiciones del código arrojado por los OPAMP, si el voltaje de la red se encuentra fuera del rango permitido, el PIC activara una de sus salidas para encender un led rojo, el cual indica esta condición y desconecta el relé de la red eléctrica, si se encuentra dentro del rango permitido, el PIC realiza un ciclo de espera de 5 minutos, el cual activa una de sus salidas, apaga el led rojo y enciende un led amarillo, mientras sigue censando la red eléctrica, para luego encender un led verde que significa que el voltaje está dentro del rango, al mismo tiempo por uno de sus puertos envía una señal que enciende un relé (conmutador mecánico), el cual es el encargado de conectar nuevamente el voltaje a la carga y luego de un par de segundos activa por otro de sus puertos un pulso en bajo de un segundo a la computadora. Este pulso cabe destacar que solo es enviado una vez que el voltaje se encuentre dentro del rango permitido y se haya conectado la carga. En la siguiente Tabla encontrará una descripción de las características del prototipo propuesto. 133

4 Tabla I. Características del sensor de tensión Especificacione Valor s: Tensión de 110V - 60Hz Alimentació n: Capacidad de 15 Amp. maniobra del relé: Retardo a la 5 minutos. conexión: Led amarillo: Ciclo de espera Led Verde: Dentro de margen 110V ±10% Led rojo: Por debajo del Margen Led rojo Por arriba del Margen Interruptor de protección manual. El listado de componentes usados para desarrollar todo el hardware es la siguiente: R1=470KΩ, R2= 330Ω, R3=100Ω, R4=10KΩ, R5-R8=330Ω, POT 1 y 2= 25KΩ, POT3=50KΩ, C1=4.7uF, C2=1000uF, C3= 100uF, Q1= 2N3904, U2 conformado por el PIC 16F84A, los OPAMP U1:A Y U1:B es el LM324, D1-D5= 1N4007, Cristal= 4MHz, Led s= Amarillo, 2 rojos y uno verde, y por ultimo un relé de 5VDC. III.- RESULTADOS 1. La fuente de 5 VDC entrega un valor constante y seguro a su salida, de igual forma, suministra la corriente necesaria al sistema, partiendo de la red eléctrica de 110VAC, sin la utilización de transformadores, con lo cual disminuye el tamaño del prototipo, haciendo este más sencillo y menos costoso. 2. El sensor de voltaje responde de manera confiable y eficiente a las variaciones existentes en la red eléctrica. De esta manera se logra censar y comparar el voltaje de salida de la red eléctrica con los niveles de referencia y así poder determinar si esta se encuentra dentro del rango del +/- 10% aceptado. 3. El microcontrolador como sistema de control del sensor nos indica visualmente si estamos fuera o dentro del margen de voltaje establecido, por medio de un código de colores de led, que se encenderán según sea el caso. Además, el micro controlador, realiza en control de tiempo para conectar el equipo a la red eléctrica, el cual se fijo a 5 minutos. Después de esto, este dispositivo envía el pulso de encendido a la fuente de alimentación ATX del computador y de esta manera el equipo, se enciende nuevamente cuando la red eléctrica se encuentra dentro de los márgenes establecidos. IV. DISCUSIÓN DE RESULTADOS Se logró implementar el sensor de tensión de la línea eléctrica para el sistema de encendido automático de forma eficiente, el sistema arroja un voltaje DC que puede ser comparado con voltajes de referencia superior e inferior. El sistema desarrollado, es confiable, ya que se demostró que al momento de hacer la medición de la red eléctrica, responde de manera lineal a las variaciones en la red, esto demuestra la estabilidad del sensor de tensión. El microcontrolador resulto ser un dispositivo práctico para realzar el sistema de control y supervisión, siendo este un dispositivo pequeño, que constante mente se encuentra revisando la salida del sensor de tención para así evitar que el computador sufra daños por irregularidades en la línea eléctrica. 134

5 El sistema de aislamiento del computador con la red eléctrica se hace por medio de un relé, siendo este un dispositivo pequeño que permite, de manera eficiente que se conecte y se desconecte el computador, a la red eléctrica, con el fin de alargar su vida útil ante irregularidades en la red eléctrica y encender nuevamente el equipo cuando la red se encuentre dentro de los parámetros aceptados. El diseño del sistema de encendido automático de computadoras, permite enviar de forma adecuada, el pulso de encendido, este está diseñado para trabajar con las fuentes de alimentación ATX para computadora; el mismo realiza este proceso enviándole a la fuente un pulso de encendido, que sirve para que esta alimente al computador y este comience a funcionar. Este dispositivo tiene un consumo inferior a los 200 ma, lo que resulta práctico, para los fines que se quieren de supervisión, conexión y desconexión de la red eléctrica y encendido del computador. V. CONCLUSIONES 1. La presente investigación se desarrollo en los laboratorios de Telecomunicaciones de la Unexpo Puerta Ordaz, en el cual se trabajo con una tensión de alimentación de 110 VAC y a partir de ese voltaje, se estableció un voltaje de 10% por encima y por debajo, el cual resulta un rango aceptable para la operación de los equipos. 2. El sensor de tensión diseñado para este prototipo, responde de manera lineal a las variaciones existentes en la red eléctrica. Y arroja una referencia no mayor a cinco voltios para poder ser comparada con los rangos máximos y mínimos 3. El prototipo fue diseñado para trabaja con fuentes TAX, el cual resulta practico para realizar un encendido automático; envía de forma eficiente, el pulso para encender la computadora. 4. Este prototipo podría mejorar el desempeño de los servidores, debido a que realizan el encendido de forma automática, después de un corte de tención abrupto o de fallas en la red eléctrica, el dispositivo enciende el servidor, si necesidad de que el operador de la maquina encienda la maquina, así si esta falla eléctrica ocurre, fuer de los horarios de trabajo, no existirá un retraso innecesario en la reactivación de los servidores, porque el personal no se encuentra presente. 135

6 VI. REFERENCIAS 1. Pita, M. (2007). Amplificadores Operaciones.Recuperado el 14 de Febrero de 2011, de 2. Freites, R. (2008). Proceso de arranque de la computadora. Recuperado el 6 de Noviemnre de 2010, de 3. Guillén, J. (2003). AutoEncendido de una fuente ATX, despues de un corte electrico. Recuperado el 10 de Diciembre de 2010, de 4. Henao, A. (2009). Programando microcontroladores PIC en lenguaje C. Recuperado el 21 de Febrero de 2011, de 5. Rodríguez, J. (2006). Implementación de un estabilizador de tensión de conmutación de tomas basado en un PIC16F877. Venezuela. Puerto Ordaz. 6. Torres, M. (2010). Tutorial microcontroladores PIC. Recuperado el 3 de Febreo de 2011, de 136

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