PROYECTO DE TRES EN RAYA ELECTRÓNICO

Transcripción

1 PROYECTO DE TRES EN RAYA ELECTRÓNICO En esta ocasión mostramos paso a paso la construcción de un tres en raya electrónico. La explicación se ilustra con más de 50 fotografías. Este sitio Web está organizado por distintas páginas que contienen bloques de 5 fotografías cada una. Al final de cada página se encuentran los enlaces para los pasos siguientes. El listado de materiales necesario para realizar el proyecto y la estimación de su coste son los siguientes: 2 maderas de contrachapado de pino de dimensiones 300 mm x 200 mm x 3 mm (0,50 la unidad). 1 listón de pino de dimensiones 500 mm x 15 mm x 15 mm (0,95 la unidad). 9 diodos led rojos de 1,5 V y diámetro 5 mm (0,10 la unidad). 9 diodos led verdes de 1,5 V y diámetro 5 mm (0,10 la unidad). 18 soportes led (0,05 la unidad) 9 interruptores de 3 posiciones (0,30 la unidad). 1 pila de bloque de 9 V (1,35 la unidad). 1 conexión portapilas de 9 V (0,15 la unidad). 1,5 metros de cable eléctrico negro (0,18 /m). 1 metro de cable eléctrico de color claro (0,18 /m). 1 interruptor ON/OFF (0,30 la unidad). 2 resistencias de 100 Ohm, 1/3 Watio, tolerancia 5 % (0,03 la unidad). 30 clavos de longitud 16 mm (0,01 la unidad). 4 tornillos de madera de 3,5 mm x 16 mm (0,03 la unidad). 4 hembrillas abiertas (0,03 la unidad). 2 gomas elásticas (0,01 la unidad). Además, cada grupo de trabajo debe aportar el soporte donde alojar la pila (pueden valer unos pequeños trozos de madera o de plástico) y un recipiente tipo caja de cerillas para guardar los componenetes electrónicos del montaje. Estos componentes son pequeños, delicados y caros, por lo que cada grupo debe garantizar que no se pierda ninguna de las piezas.. Ya sabes que en la memoria del proyecto se debe introducir el coste final de los materiales. Puedes hacer una tabla como la siguiente: material cantidad coste unidad coste total Madera de contrachapado de pino de 300 mm x 200 mm x 3 mm 2 0,5 1 Listón de pino de 400 mm x 15 mm x 15 mm 1 0,80 0,80

2 PROYECTO: 3 en raya electronico Recuerda que todo trabajo en el taller debe ir acompañado de su correspondiente memoria. Los apartados que debe incluir la memoria son los siguientes: 1.- Portada: Con el título del proyecto, nombres de los autores, curso y fecha de entrega. 2.- Explicación teórica del objeto que se ha construído: Hablar sobre su aplicación, sobre la historia de objetos parecidos, etc. 3.- Planos técnicos: El profesor indicará en clase qué partes del proyecto habrá que representar con su alzado, planta y perfil. 4.- Listado completo de materiales y coste económico. 5.- Lista de herramientas empleadas. 6.- Memoria de lo realizado cada día: Bocetos de distintas partes del proyecto, trabajo diario en el taller, distribución de la tarea entre los miembros del grupo, problemas encontrados en el montaje, soluciones propuestas, etc. Al final de la tabla debes sumar el coste total de cada uno de los materiales. No olvides aplicar, al coste final, el correspondiente I.V.A. del 18 %. La memoria también requiere un resumen de las herramientas necesarias para el montaje. Estas son: Regla. Taladro de columna (con brocas para madera de 3 mm, 6 mm y 7 mm). Barrena. Ingleteadora de mano o serrucho. Destornillador de estrella. Martillo. Papel de lija. Pinzas de sujeción. Sierra de marquetería. Soldador de estaño (junto al estaño necesario para realizar las soldaduras). Tijeras de electricista o pelacables. Alicates de corte. Llave plana del número 8. Tornillo de banco. 1.- Proceso de construcción del prototipo PASO 1: elaboración de la plantilla para la base (madera de contrachapado) En primer lugar debemos partir de un boceto sobre la posible distribución de los componentes. Cuando tengamos este boceto, podemos transportar las medidas a la base de contrachapado. Estas medidas definitivas forman la plantilla sobre la que vamos a trabajar. La plantilla divide la parte central de la base en 9 celdas, que formarán las casillas del juego del tres en raya. En cada casilla tendremos un diodo led rojo, otro verde y un interruptor de tres posiciones; de esta forma, en cada casilla sólo puede encenderse a la vez, como máximo, una de las bombillas. Debemos trazar con precisión sobre la madera, utilizando regla, escuadra, cartabón y rotulador de punta fina. Sobre la base de contrachapado vamos a colocar multitud de componen- 2

3 PROYECTO: 3 en raya electronico 3

4 PROYECTO: 3 en raya electronico PLANTILLA 4

5 PROYECTO: 3 en raya electronico tes electrónicos, por lo que necesitamos que estén perfectamente distribuidos a lo largo de toda la madera. Cuanto más precisos seamos a la hora de medir, más fácil resultará la colocación de los componentes y el proceso de soldadura. Si te fijas con detenimiento en la imagen de la plantilla aparecen marcas con una X y marcas con un O. Las marcas con la X indican la posición de clavos, mientras que las marcas con O indican donde deberemos perforar con las brocas. PASO 2: Listones de pino para la base (I) La base de contrachapado será atravesada por clavos, por lo que debemos colocar por debajo de la base unos listones para evitar que estos clavos dañen la mesa de trabajo. Estos listones podemos obtenerlos de un trozo de 500 mm x 15 mm x 15 mm de madera de pino. Cortamos dos trozos de 200 mm de longitud y reservamos la madera restante. Los cortes podemos realizarlos con un serrucho o con una ingleteadora de mano. Como siempre, tras cortar madera debemos pulir las imperfecciones con el papel de lija. INGLETADORA PASO 3: Listones de pino para la base (II) Los listones se atornillan a la base de contrachapado. Para favorecer la penetración en la madera, realizamos unas pequeñas perforaciones con la broca de 3 mm (la perforación no debe sobrepasar el medio centímetro. Ver imagen 6). De esta forma, cuando atornillemos con ayuda del destornillador, tendremos que realizar menos esfuerzo. Las perforaciones se realizan a 20 mm de los extremos de los dos listones de madera. 5

6 PASO 4: Colocación de los listones. En las cuatro esquinas de la base de contrachapado, tenemos indicadas la posición para realizar cuatro perforaciones con la broca de 7 mm. Utilizamos esta broca para que los tornillos de madera queden totalmente embutidos dentro de la base (imagen 10). Los tornillos que vamos a emplear tienen una cabeza de 7-8 mm de diámetro máximo, por lo que encajan perfectamente en perforaciones de 7 mm. Al comprar los tornillos debemos comprobar previamente el diámetro de sus cabezas; si fuesen más pequeños, deberíamos utilizar una broca de menor grosor. PROYECTO: 3 en raya electronico Con el destornillador de estrella atornillamos los dos listones de pino a lo ancho de la base de contrachapado. PASO 5: Colocación de los clavos y perforación en las posiciones de los diodos LED A lo largo de la madera de contrachapado debemos colocar los clavos en las señales con X. Debemos tener cuidado de no romper el contrachapado ya que, al estar sostenido sólo por los listones laterales, podemos doblarlo y quebrarlo con el martillo. Una buena idea es colocar el listón de pino sobrante de 100 mm por debajo del contrachapado (o bien otro trozo de madera sobrante que tengamos por el taller). De esta forma, al golpear con el martillo, la madera se mantiene firme y tensa. Todos los clavos de las 9 celdas del tres en raya se introducen hasta su tope (27 clavos en total. Ver imagen 13). Los 3 clavos para la conexión de la pila los colocaremos más adelante. 6

7 PROYECTO: 3 en raya electronico PASO 6: Conexiones de los cables soldados a los clavos (I) Tal y como hemos dibujado la plantilla sobre la madera, los clavos forman los puntos de conexión de la señal de tierra (0 voltios). La señal de tierra circulará por los cables de color negro. Debemos cortar los cables con ayuda de las tijeras de electricista o con el pelacables. El extremo de cada cable debe quedar bien pelado, sin plástico aislante. Debemos enrollar con cuidado los hilos del cable, para que rodeen por completo a los clavos y favorecer la posterior soldadura con estaño. PASO 7: Conexiones de los cables soldados a los clavos (II) Los cables negros se conectan de forma ordenada con ayuda del soldador de estaño. Recuerda los pasos para soldar correctamente: 1.- La esponja del soporte del soldador debe estar humedecida y la punta del soldador bien limpia de óxido. 7

8 PROYECTO: 3 en raya electronico 2.- Los elementos a soldar deben estar en contacto (en nuestro caso, el cable conductor bien enrollado al clavo). 3.- Acercar la punta del soldador al clavo, para que éste tome la temperatura suficiente para derretir el estaño. Esto se consigue con apenas un segundo de contacto. 4.- Acercamos el estaño y lo derretimos alrededor de los elementos que deseamos unir. 5.- Retiramos el soldador y esperamos a que la soldadura se enfríe y se endurezca (el proceso de enfriamiento no dura más de 5 segundos). Para comprobar que estamos realizando adecuadamente las conexiones, podemos hacer uso del polímetro. Este instrumento de medida posee una opción para determinar si dos puntos se encuentran en cortocircuito ( es decir, están conectados por un cable conductor sin apenas resistencia eléctrica). Si seleccionamos esta opción, simbolizada por -)))), escucharemos una señal acústica cada vez que los conectores rojo y negro incidan sobre dos puntos en cortocircuito. Los clavos para la señal de 9 voltios se unen con cables rojos, como refleja la siguiente imagen: 8

9 PROYECTO: 3 en raya electronico PASO 8: Colocación de los diodos LED. Cada diodo led se coloca con su correspondiente portaled. Como tenemos 9 led rojos y 9 led verdes, situaremos un total de 18 portaled. Los portaled que vamos a utilizar son válidos para diodos led de 5 mm de diámetro. Los diodos led tienen polaridad. Los que vamos a utilizar funcionan con un voltaje de 1,5 voltios. Cuando compramos un led, el terminal más largo indica el polo positivo, mientras que el terminal más corto es para el polo negativo. El terminal positivo del led debe colocarse en el lado próximo a la perforación del conmutador. Los componentes electrónicos debemos manejarlos con especial cuidado, para no dañarlos. El led se introduce dentro del porta, quedando los terminales dispuestos como muestra la imagen siguiente: 9

10 PROYECTO: 3 en raya electronico PASO 9: Soldar los terminales negativos de los diodos LED. El terminal negativo de cada led (terminal corto) se debe soldar al clavo más cercano. Con cuidado doblamos el terminal hasta acercarlo al clavo. La unión la realizamos con soldador y con estaño. Al soldar los terminales, sobresalen un poco respecto la posición de los clavos. Para evitar cortocircuitos indeseables, podemos cortar el terminal sobrante con los alicates de corte (imagen 27). PASO 10: Fijación de los interruptores. En cada casilla del tres en raya vamos a colocar, entre el led rojo y el led verde, un interruptor de palanca de tres posiciones. En concreto, un interruptor I11445-Tp. Este interruptor tiene tres conectores (un conector central y dos conectores laterales). El conector central es la posición OFF (palanca en el centro), mientras que los dos conectores laterales permiten el paso de la corriente cuando la palanca se desplaza a los lados. Además, estos interruptores cuentan con tuercas y arandelas que facilitan su fijación a la madera de contrachapado. Para fijar bien las tuercas utilizamos una llave plana del número 8. 10

11 PROYECTO: 3 en raya electronico PASO 11: Resistencias de entrada y de salida Fuera de las casillas del tres en raya debemos situar los clavos para la conexión de las resistencias del circuito. Estos clavos se introducen en la madera hasta media altura, ya que tendremos que soldarlos tanto por debajo de la base como por encima. En todo circuito electrónico debemos colocar resistencias a la entrada y a la salida. Una resistencia a la entrada se coloca entre el terminal positivo de la pila y el circuito, mientras que la resistencia de salida se coloca entre el circuito y el terminal negativo de la pila. De esta forma evitamos aplicar todo el voltaje a los extremos de los diodos LED, lo cual es contraproducente: nuestra pila es de 9 voltios, mientras que el diodo LED ilumina con 1,5 voltios. Las resistencias de entrada y de salida asumen el exceso de voltaje de nuestra pila y regulan el voltaje para que en los extremos del LED tengamos 1,5 voltios. En nuestro circuito vamos a emplear dos resistencia de 100 Ohmios y 1/3 W de disipación máxima. Con la ley de Ohm podemos calcular la intensidad y el voltaje que soportarán los componentes de nuestro circuito: 9 - A = 100 x I y B - 0 = 100 x I En el diodo LED se cumple la relación: A - B = 1,5. Por lo tanto, nuestro sistema de ecuaciones queda: 9 - (1,5 + B) = 100 x I y por tanto: B = 100 x I Resolvemos y obtenemos: I = 0,0375 A A = 5,25 V B = 3,75 Con la ecuación de la potencia obtenemos los watios que disipan las dos resistencias: 11

12 PROYECTO: 3 en raya electronico P = V x I = (9-5,25) x 0,0375 = 0,14 W Los calculos reflejan que nuestro circuito está bien diseñado (el diodo Led se enciende y la potencia disipada por las resistencias no supera los 0,33 W). Los cálculos anteriores son igualmente válidos para la conexión de 6 diodos LED en paralelo. En nuestro tres en raya, como máximo, pueden haber 6 LED encendidos. Como los hemos conectados en paralelo entre sí, los valores de los voltajes se mantienen, mientras que la intensidad de 0,0375 A se distribuye de manera proporcional entre las seis ramas de cada uno de los LED. PASO 12: Soldar los diodos LED a los interruptores. Los terminales positivos de los LED debemos soldarlos al interruptor de tres posiciones. Debemos soldar de la siguiente forma: cada terminal va unido al conector más alejado del interruptor (imagen 36). De esta forma conseguimos que, cuando la palanca se oriente hacia el LED verde se encienda este verde, mientras que cuendo la palanca se oriente hacia el LEd rojo se encienda el rojo. Debemos soldar con precisión, sin desperdiciar estaño y sin derretir la cubierta de plástico del interruptor. Además, debemos dejar el conector central del interruptor lo más despejado posible, ya que ahí tendremos que soldar los cables que transportan la señal de 9 voltios que alimentan al circuito. La señal de 9 voltios va a circular por los cables de color rojo. Como muestran las 3 imágenes siguientes, cada columna de interruptores se conecta a los clavos superiores que llevan hasta la resistencia de entrada del circuito. La imagen última (derecha) muestra como quedan todos los componente soldados por debajo de la base de contrachapado. 12

13 PROYECTO: 3 en raya electronico PASO 13: Estructura de madera para proteger las soldaduras. Las conexiones realizadas sobre los interruptores rozan levemente con la superficie cuando colocamos nuestro tres en raya con su cara principal hacia arriba. Para evitar que este rozamientno pueda deteriorar las soldaduras, vamos a formar una sencilla estructura de madera que proteja a los componentes y que, además, permita acceder a las soldaduras sin en algún momento necesitamos retocar algo del proyecto. Con el listón de madera de 100 mm x 15 mm x 15 mm que nos sobró al principio, cortamos dos trozos de 5 cm de largo. Pegamos con cola blanca estos dos pequeños listones a lo largo de la base, justo en el centro. De la segunda madera de contrachapado obtenemos dos trozos de dimensiones 300 mm x 20 mm x 3 mm. Podemos cortarlos con la sierra de marquetería. Nuevamente utilizamos cola para formar la estructura de madera. La última imagen (derecha) muestra el resultado final, con el que protejemos las conexiones sin perder la posibilidad de acceder a los componentes soldados. PASO 14: Colocación de la pila y del interruptor ON/OFF. Comprobación de los diodos LED Quedan tan sólo los detalles finales del proyecto. Debemos colocar la pila. La pila de 9 voltios se une a su portapilas. El cable rojo será para 13

14 PROYECTO: 3 en raya electronico la señal de 9 voltios, mientras que el cable negro será para el polo negativo (también llamado tierra). Puede ser buena idea, antes de fijar la pila a la base, comprobar que nuestros LED se encienden; simplemente tenemos que tocar el cable rojo con el clavo de la resistencia de entrada, y el cable negro con el clavo de la resistencia de salida. Al mover la palanca de los interruptores, se deben encender los LED correspondientes (imagen izquierda siguiente). Una vez comprobado que todo marcha bien, podemos fijar la pila con ayuda de unas gomas elásticas y 4 hembrillas abiertas. También podemos usar trozos de madera o de plástico para crear un pequeño compartimento donde alojar la pila (imagen central de arriba). Para controlar las posiciones ON/OFF de nuestro circuito, podemos buscar un interruptor de dos posiciones. También podemos elegir uno de pulsación o de palanca, ya que su funcionamiento será idéntico. En la imagen central se muestra la colocación de un interruptor de dos posiciones tipo palanca. Se coloca de forma idéntica al resto de interruptores del proyecto. Por debajo de la base, se realizan las correspondientes conexiones a los dos clavos que llevan la señal de 9 voltios. PASO 15: Luces, cámara... y a jugar Nuestro proyecto está terminado. Nuestro interruptor ON/OFF controla el paso de corriente por el circuito, mientras que cada uno de los 9 interruptores de tres posiciones decide qué LED se enciende en cada casilla del juego. 14

15 PROYECTO: 3 en raya electronico Los tres diodos verdes ganan la partida. 15

16 PROYECTO: 3 en raya electronico ESQUEMA DEL CIRCUITO 16