Por lo general, cuando ingresamos a nuestra habitación en la oscuridad, nos resulta difícil ubicar el tablero de distribución montado en la pared para encender «la luz». Para un extraño, es aún más difícil ya que no tiene conocimiento del interruptor correcto que debe activarse. Aquí hay un circuito confiable que asume la tarea de encender y apagar la luz automáticamente cuando alguien entra o sale de la habitación durante la oscuridad. Este circuito tiene las siguientes características principales:
- Enciende la luz de la habitación cada vez que una persona ingresa a la habitación, siempre que la luz de la habitación sea insuficiente. Si entra más de una persona en la habitación, por ejemplo, una tras otra, la luz permanece «encendida».
- La luz se apaga solo cuando la habitación está vacía o, en otras palabras, cuando todas las personas que entraron en la habitación se han ido.
- Una pantalla de 7 segmentos muestra el número de personas actualmente dentro de la habitación.
- El circuito es resistente al ruido y a los errores, ya que la detección se basa en haces de luz infrarrojos.
- El circuito utiliza componentes comúnmente disponibles y es fácil de construir y probar.
El diagrama de bloques funcional del circuito se muestra en la Fig.1. Comprende un transmisor IR de 36kHz, dos módulos detectores IR, dos multivibradores monoestables, contador arriba / abajo, comparador de magnitud de 4 bits, pantalla decodificadora de 7 segmentos, sensor de luz y controlador de relé.
Se utilizan dos pares de transceptores IR para detectar si la persona está entrando o saliendo de la habitación. Cuando una persona ingresa a la habitación, se activa el detector 1 de IR, seguido de la activación del detector 2 de IR. Por el contrario, cuando una persona sale de la habitación, se activa el detector 2 de IR, seguido de la activación del detector 1 de IR.
Un circuito detector de prioridad determina cuál de los dos detectores se activa primero y luego activa un contador arriba / abajo en consecuencia. La salida BCD del contador, en cualquier momento, representa el número de personas dentro de la habitación. La salida del contador arriba / abajo es decodificada por un decodificador / controlador de 7 segmentos y se muestra en la pantalla de 7 segmentos. Simultáneamente, la salida del contador se compara con un comparador de magnitud de 4 bits.
La salida del comparador permanece alta siempre que la salida BCD del contador sea mayor que cero. Se utiliza una puerta lógica para iniciar la activación de un relé para encender la luz cuando la salida del comparador es alta y está oscuro afuera.
El circuito
La descripción detallada en sección del circuito que se muestra en la Fig. 2 es la siguiente:
Transmisor de infrarrojos. El circuito transmisor IR consiste en un multivibrador astable construido alrededor del temporizador NE555 IC1. La salida de IC1 en el pin 3 es una forma de onda rectangular de aproximadamente 36 kHz de frecuencia. Esta salida se utiliza para controlar dos LED IR, que transmiten luz IR modulada a una frecuencia de 36 kHz. Se utiliza una frecuencia de modulación de 36 kHz porque los módulos receptores IR utilizados en este circuito responden a señales IR moduladas a una frecuencia de 36 kHz. La frecuencia del multivibrador se puede ajustar correctamente con la ayuda del preajuste VR1 (10 kiloohmios). La resistencia R3 es una resistencia limitadora de corriente que mantiene los LED IR, corriente dentro del rango requerido.
Módulos detectores IR. Los módulos detectores de IR utilizados en el circuito están comúnmente disponibles en el mercado. Estos tienen tres terminales para Vcc (+ 5V, aquí), tierra y la señal de salida, respectivamente. En el estado normal, el pin de salida (pin 3) de este detector permanece en estado alto, y cuando se detecta una luz IR de frecuencia de modulación correcta, su pin de salida se baja. La configuración de los pines de los módulos IR puede variar de un fabricante a otro. (La configuración de pines del módulo TSOP 1136 para 36 kHz utilizado por EFY se muestra en la Fig. 2.) (Los artículos basados en el módulo sensor IR se publicaron en noviembre de 2000 (también en Proyectos electrónicos Vol. 21) y algunos otros números anteriores de EFY. Los lectores pueden consultar lo mismo para obtener más información sobre el módulo).
Dado que el transmisor IR en este circuito está continuamente «encendido», emitiendo luz IR, en condiciones normales, los pines de salida de ambos módulos IR estarán en estado bajo. Por lo tanto, los transistores T1 y T2 permanecerán cortados. Cuando una persona entra o sale de la habitación, los haces de luz infrarroja se interrumpen uno por uno y la salida de cada módulo de sensor IR, a su vez, se eleva, lo que resulta en la conducción de los transistores asociados T1 y T2. El transistor que se activará primero depende de si la persona está entrando o saliendo de la habitación.
En el circuito, se utilizan dos circuitos integrados de temporizador NE555 (IC2 e IC3) conectados como multivibradores monoestables. El ancho de pulso de la forma de onda de salida (en tiempo) para estos multivibradores se fija en aproximadamente 0.9 segundos seleccionando adecuadamente los valores para los condensadores de temporización C5 y C6 en conjunción con sus resistencias asociadas R8 y R9. Estos multivibradores monoestables se activan cuando sus pines de entrada de activador (pin 2) se ponen bajos. Por lo tanto, los multivibradores se activan solo cuando se interrumpen los haces de luz IR. Aunque el ancho de pulso de salida de ambos multivibradores es aproximadamente el mismo, hay, sin embargo, una diferencia de fase correspondiente al tiempo transcurrido entre las interrupciones sucesivas de los haces IR. Consulte las formas de onda que se muestran en el diagrama de tiempos de la Fig.3.
Circuito lógico detector de prioridad. El circuito detector de prioridad utiliza tres compuertas NAND, cinco compuertas inversoras y dos diferenciadores. El diagrama de tiempos dado en la Fig. 3 ayuda a comprender cómo el circuito del detector de prioridad detecta a una persona que sale de la habitación.
Al principio, las salidas de los multivibradores monoestables son NANDADAS por la puerta N1 y su polaridad es invertida nuevamente por la puerta N7. Al mismo tiempo, las salidas de IC3 e IC2 monoestables se diferencian por las combinaciones capacitor-resistencia de C7-R10 y C8-R11, respectivamente. Cada salida diferenciada se pasa a través de pares de inversores Schmitt de N5-N6 y N10-N9 para convertir los pulsos diferenciados en pulsos rectangulares. Los pulsos rectangulares obtenidos a la salida de las puertas N6 y N9 se vuelven a NANDAR con la salida de la puerta N7 en las puertas NAND N2 y N3, respectivamente.
El pulso rectangular en el pin 4 de la compuerta NAND N2 termina antes de que la salida de la compuerta N7 sea alta y, por lo tanto, la salida de la compuerta NAND N2 permanece alta, mientras que ambas entradas a la compuerta NAND N3 son simultáneamente altas durante la duración de la salida rectangular. de la puerta N9. Como resultado, la salida de la puerta N3 aplicada al pin de reloj de cuenta regresiva 4 de IC4 hace que el contador cuente hacia atrás en su borde posterior (transición de baja a alta) y el recuento de salida disminuye en un recuento.
De manera similar, cuando una persona ingresa a la habitación, el pin 4 del contador IC4 permanece alto, mientras que el pin 5 (cuenta hacia arriba) obtiene un pulso bajo que da como resultado que la salida del contador avance en un conteo. Los valores de los condensadores C7 y C8 y las resistencias R10 y R11 se pueden variar para un rendimiento óptimo.
Contador arriba / abajo. El contador de décadas arriba / abajo 74LS192 (IC4) se utiliza como contador. Cuando la alimentación se enciende, sus salidas Q0 a Q3 están en estado bajo. Cada vez que una persona ingresa a la habitación, se aplica un pulso de baja intensidad en su pin 5 de cuenta regresiva, mientras que su pin 4 de cuenta regresiva se mantiene en la lógica 1 y su conteo de salida avanza en uno. De manera similar, cuando la persona sale de la habitación, se aplica un pulso similar en su entrada de cuenta regresiva (pin 4) mientras que su pin 5 de cuenta regresiva se mantiene en la lógica 1 y su salida disminuye en uno. Por lo tanto, la salida de 4 bits siempre representa el número de personas que todavía están dentro de la habitación. La salida del contador de décadas está conectada al decodificador / controlador IC6 de 7 segmentos (7447) que muestra el número en la pantalla LED de 7 segmentos de ánodo común (LT542).
Comparador de magnitud. La salida del contador arriba / abajo también se aplica al comparador de magnitud de 4 bits que actúa como detector de cero, es decir, detecta si el número de personas dentro de la habitación es mayor que cero o no. La salida de 4 bits del contador de décadas siempre se compara con un número de referencia de 4 bits (0000), y si se produce una coincidencia, la salida en el pin 5 (P> Q) del comparador baja para representar una ‘habitación vacía ‘condición. En todos los demás casos (cuando el número de personas en la habitación es mayor que cero), la salida P> Q estará en estado alto. Esta salida se proporciona como una de las entradas a la puerta NAND N4 (seguida de la puerta del inversor N8). Por lo tanto, mientras la habitación no esté vacía, una de las entradas a la puerta N4 será alta.
La segunda condición para que la luz se encienda aún no se ha cumplido. El circuito del sensor de luz verifica si hay suficiente luz en la habitación o no.
Sensor de luz. El sensor de luz está conectado alrededor del optoacoplador MCT2E. La resistencia de la LDR depende de la cantidad de luz en la habitación. Se requiere un LDR con resistencia por debajo de 5 kilo-ohmios en luz normal y más de 120k de resistencia en la oscuridad. Cuando hay suficiente luz ambiental, el transistor dentro del optoacoplador se «enciende» y la entrada de la compuerta NAND (pin 3) se conduce a un estado bajo. Así, la salida de la compuerta NAND permanece en estado alto y la de la compuerta de inversor N8 en bajo. Sin embargo, cuando la luz es insuficiente, la resistencia del LDR aumenta, apagando el transistor dentro del optoacoplador. La sensibilidad se puede controlar agregando una resistencia variable de alto valor (aproximadamente 680k) a través del LDR.
Cuando se satisfacen ambas condiciones (es decir, una o más personas están dentro de la habitación y la luz ambiental es insuficiente), la salida de la compuerta NAND se pone ‘baja’ y la de la compuerta del inversor N8 se pone ‘alta’ para encender el transistor T3 , activando así el relé RL1. Una bombilla eléctrica de 230V, 100W está conectada a través del relé a la red eléctrica de CA. Una vez que el relé se energiza, el LDR se elimina efectivamente del circuito (ya que el LDR está conectado al contacto N / C del relé de dos polos) para evitar el parpadeo de la lámpara con el cambio de resistencia del LDR.
Montaje y prueba
El circuito completo, con la excepción del transmisor IR, puede ensamblarse en una sola PCB de uso general. Sin embargo, una PCB de tamaño real de un solo lado para el circuito de la Fig. 2 se muestra en la Fig. 4. El diseño de componentes para la PCB se muestra en la Fig. 5.
Los pares receptor-transmisor se colocan separados aproximadamente un metro como se muestra en la Fig. 6. La distancia entre los dos sensores (módulos receptores) es de aproximadamente 40 cm. Se puede colocar una tubería de acero de 5 mm de diámetro y 3 cm de longitud frente al módulo IR para mejorar su directividad. Después de ensamblar el circuito, ajuste el VR1 preestablecido (10k) hasta que el pin 3 de ambos módulos del sensor IR suba (5V). Si el circuito aún no funciona correctamente, ajuste la distancia entre los sensores. Los gabinetes metálicos de los módulos IR deben estar conectados a tierra.
Tenga en cuenta que el circuito funciona con un suministro regulado de + 5V, excepto el suministro de energía a la bobina del relé. El circuito no tiene memoria de tiempo de inactividad, por lo que su funcionamiento se interrumpe durante una falla de energía.
Otra desventaja es que el circuito solo puede contar hasta 9. Pero es bastante inusual tener más de nueve personas en una sala de estar normal. Tenga cuidado con las conexiones de los pines del módulo del sensor IR. Puede dañarse si se conecta incorrectamente.
