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Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica IE – 0502 Proyecto Eléctrico Desarrollo de un atenuador de luz con base en el MC9S08 de Freescale Por: Julián Puscar Ciudad Universitaria Rodrigo Facio Diciembre del 2012 Desarrollo de un atenuador de luz con base en el MC9S08 de Freescale Por: Julián Puscar Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Costa Rica como requisito parcial para optar por el grado de: BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA Aprobado por el Tribunal: _________________________________ Ing. Geovanny Delgado Profesor Guía _________________________________ Ing. Marco Vásquez Profesor lector _________________________________ Ing. Juan Ramón Rodríguez Profesor lector DEDICATORIA A mi familia por haberme acompañado y apoyado, no solo durante todo el proyecto y toda la carrera, sino durante toda la vida. RECONOCIMIENTOS A los ingenieros Geovanny Delgado y Marco Vásquez por darme la oportunidad de participar en un proyecto emocionante, innovador y ayudar enormemente en mi formación como Ingeniero. También por la gran ayuda y colaboración que me brindaron en este proceso. ÍNDICE GENERAL Página ÍNDICE DE FIGURAS .......................................................................................................................iii ÍNDICE DE CUADROS ..................................................................................................................... v 1. CAPITULO 1 ............................................................................................................................. 1 INTRODUCCIÓN............................................................................................................................. 1 2. 1.1 Justificación ....................................................................................................................... 1 1.2 Metodología ....................................................................................................................... 2 1.3 Cronograma ....................................................................................................................... 4 1.4 Objetivos ............................................................................................................................ 5 1.4.1 Objetivo General ......................................................................................................... 5 1.4.2 Objetivos Específicos .................................................................................................. 5 CAPITULO 2 ............................................................................................................................. 6 DISEÑO DEL HARDWARE ........................................................................................................... 6 2.1 Análisis topológico ............................................................................................................. 6 2.1.1 Convertidor AC/DC: ................................................................................................... 8 2.1.2 Fuente de 24 V........................................................................................................... 10 2.1.3 Fuente de 3 V............................................................................................................. 12 2.1.4 Detector cruce por cero ............................................................................................ 14 2.1.5 Interfaz de entradas digitales .................................................................................... 16 2.1.6 Interfaz de potencia ................................................................................................... 18 2.2 Esquemático del circuito completo: ............................................................................... 23 2.3 Lista de partes ................................................................................................................. 25 2.3.1 Resistencias ...................................................................................................................... 25 2.3.2 Capacitores ....................................................................................................................... 26 2.3.3 Diodos .............................................................................................................................. 26 2.3.4 Triacs ................................................................................................................................ 26 2.3.5 Circuitos integrados.......................................................................................................... 27 2.3.6 Otros ................................................................................................................................. 27 2.4 Diseño del circuito impreso ............................................................................................ 27 2.5 Presupuesto del dispositivo: .............................................................................................. 30 i 3. CAPITULO 3 ........................................................................................................................... 32 DISEÑO DEL SOFTWARE .......................................................................................................... 32 3.1 Configuración e inicialización del sistema incrustado. CPU, Registros y Puertos ........... 32 3.1.1 Registros de la fuente de reloj interna .............................................................................. 33 3.1.2 Registros del Comparador Analógico .............................................................................. 36 3.1.3 Registros del Temporizador de interrupciones ................................................................. 38 3.1.4 Registros del Puerto PTA2 y PTA3 ................................................................................ 41 3.1.5 Registros del Puerto PTB0, PTB1, PTB2 y PTB3 ........................................................... 44 3.1.6 Otro registro ..................................................................................................................... 45 3.2 Diagrama de flujo .................................................................................................................... 46 4 CAPITULO 4 ........................................................................................................................... 58 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................................ 58 4.1 Conclusiones ........................................................................................................................... 58 4.2 Recomendaciones .................................................................................................................... 58 5 BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................... 59 APENDICE A: MEMORIA DE CÁLCULO .................................................................................... 61 A.1 Detección de Cruce por Cero ................................................................................................. 61 A.2 Convertidor AC/DC .............................................................................................................. 62 A.3 Fuente de tensión de 24 V ..................................................................................................... 64 A.4 Fuente de tensión de 3 V ........................................................................................................ 65 A.5 Interfaz de entradas digitales .................................................................................................. 68 A.6 Interfaz de potencia: .............................................................................................................. 69 ii ÍNDICE DE FIGURAS Página Figura 2. 1 Diagrama de bloques del diseño del hardware ................................................................. 6 Figura 2. 2 Circuito Esquemático del convertidor AC/DC ................................................................. 8 Figura 2. 3 Forma de Onda de la convertidor AC/DC ...................................................................... 10 Figura 2. 4 Circuito Esquemático de la fuente de 24 V .................................................................... 10 Figura 2. 5 Forma de onda de la fuente de tensión de 24 V .............................................................. 12 Figura 2. 6 Circuito Esquemático de la fuente de tensión de 3 V ..................................................... 12 Figura 2. 7 Forma de onda de la fuente de tensión de 3 V ................................................................ 13 Figura 2. 8 Circuito Esquemático del detector de cruce por cero ..................................................... 14 Figura 2. 9 Forma de onda del detector de cruce por cero ................................................................ 16 Figura 2. 10 Circuito Esquemático de la interfaz de entradas digitales ............................................ 17 Figura 2. 11 Circuito Esquemático de la interfaz de potencia........................................................... 18 Figura 2. 12 Forma de onda del TRIAC ............................................................................................ 20 Figura 2. 13 Asignación de pines del empaquetado PDIP de 16 pines del MC9S08QG8 ................ 22 Figura 2. 14 Diagrama de bloques del micrcontrolador MC9S08QG8 de Freescale ........................ 23 Figura 2. 15 Circuito Esquemático de fuentes de tensión y detector de cruce por cero .................... 24 Figura 2. 16 Circuito Impreso ........................................................................................................... 28 Figura 2. 17 Prototipo de circuito impreso ........................................................................................ 29 Figura 3. 1 Registro ICSC1 ............................................................................................................... 33 Figura 3. 2 Registro ICSC2 ............................................................................................................... 34 Figura 3. 3 Registro ICSTRM ........................................................................................................... 35 Figura 3. 4 Registro ICSSC ............................................................................................................... 35 Figura 3. 5 Registro ACMPSC .......................................................................................................... 36 Figura 3. 6 Eventos de comparación en flancos positivos y negativos ............................................. 37 Figura 3. 7 Registro SOPT2 .............................................................................................................. 38 Figura 3. 8 Registro MTIMSC .......................................................................................................... 39 Figura 3. 9 Registro MTIMCLK ....................................................................................................... 39 Figura 3. 10 Registro MTIMCNT ..................................................................................................... 40 Figura 3. 11 Registro MTIMMOD .................................................................................................... 40 Figura 3. 12 Registro PTaAD ............................................................................................................ 42 iii Figura 3. 13 Registro PTADD........................................................................................................... 42 Figura 3. 14 Registro PTAPE ............................................................................................................ 43 Figura 3. 15 Registro PTASE ............................................................................................................ 43 Figura 3. 16 Registro PTADS ........................................................................................................... 44 Figura 3. 17 Registro SOPT1 ............................................................................................................ 45 Figura 3. 18 Diagrama de flujo sección 1 ......................................................................................... 50 Figura 3. 19 Diagrama de flujo sección 2Figura 3. 20 Diagrama de flujo sección 3 ........................ 51 Figura 3. 21 Diagrama de flujo sección 4 ......................................................................................... 53 Figura 3. 22 Diagrama de flujo sección 5 ......................................................................................... 54 Figura 3. 23 Diagrama de flujo sección 6 ......................................................................................... 55 Figura 3. 24 Diagrama de flujo sección 7 ......................................................................................... 56 Figura A. 1 ........................................................................................................................................ 69 Figura A. 2 ........................................................................................................................................ 71 Figura A. 3 ........................................................................................................................................ 73 iv ÍNDICE DE CUADROS Página Cuadro 1. 1 Cuadro Cronograma ........................................................................................................ 4 Cuadro 2. 1 Cuadro de Resistencias .................................................................................................. 25 Cuadro 2. 2 Cuadro de Capacitancias ............................................................................................... 26 Cuadro 2. 3 Cuadro de diodos ........................................................................................................... 26 Cuadro 2. 4 Cuadro de TRIAC.......................................................................................................... 26 Cuadro 2. 5 Cuadro de MOV ............................................................................................................ 27 Cuadro 2. 6 Cuadro de circuitos integrados ...................................................................................... 27 Cuadro 2. 7 Cuadro de otros elementos ............................................................................................ 27 Cuadro 2. 8 Presupuesto del dispositivo .......................................................................................... 30 v Nomenclatura ACMP Comparador Analógico ADC Convertidor Analógico Digital CPU Unidad Central de Procesamiento FLL “Frequency Locked Loop” (Enganche de Fase) GND “Ground” (Tierra) ICC Bus de circuito Inter-Integrados RLED Diodo emisor de luz infraro KBI Interrupción por teclado MCU Unidad de microcontrolador MOV Varistor de óxido metálico MTIM Modulo de Temporizador POR “Power On Reset” (encendió luego de ser reseteado) SCI Interfaz de comunicación serial SPI Interfaz de periféricos seriales TPM Modulador por Ancho de Pulso USD Dólar de Estados Unidos Vrms Voltaje RMS vi Resumen El presente proyecto consiste en la elaboración, diseño e implementación de un atenuador de luz o Dimmer digital basado en un microcontrolador, que permite manejar dos grupos de luces, de 300 W cada uno. Se realizó el diseño del software y el hardware, así como la implementación de un prototipo del dispositivo y el desarrollo de la versión final del mismo en un circuito impreso. El diseño de software consiste en la implementación del código de programa que se almacena en la memoria FLASH del microcontrolador, mientras que el diseño de hardware radica en los elementos externos que necesita el MCU para que funcione adecuadamente. Se trabajó con el microcontrolador MC9S08QG8 de Freescale de la familia HCS08 y se utilizó el sistema de desarrollo CodeWarrior donde se programó en lenguaje ensamblador. Se utilizó también una tarjeta de desarrollo de Freescale, modelo DEMO9S08QG8UG. Para el desarrollo del circuito impreso se trabajó con el software Eagle versión 5.11 Finalmente st6e logró implementar la versión final del atenuador de luz en el circuito impreso. vii 1. CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN Un atenuador de luz o Dimmer es una opción que le permite al usuario tener la posibilidad de ajustar la intensidad lumínica de una lámpara de acuerdo a sus gustos y necesidades para generar un escenario diferente de acuerdo a las circunstancias. Resulta ser una herramienta muy versátil y cómoda, por su gran flexibilidad. Pero un atenuador no solo es productivo para generar diferentes escenarios, que se enfoca únicamente en el confort del usuario, sino que a la vez permite variar el consumo de potencia que consume un grupo de luces, de esta manera se produce un ahorro de energía incluso cuando se tiene la lámpara encendida, y esto es algo que resulta imposible con la lámpara de encendido convencional. En un mundo donde se busca constantemente reducir el consumo de energía, el atenuador de luz resulta de gran ayuda para lograr este objetivo, y es por esto que resulta amigable para el medio ambiente. 1.1 Justificación Se busca desarrollar un Dimmer que funcione digitalmente y que permita regular el nivel de intensidad en la luz. El objetivo básico es remplazar el habitual atenuador de luz que utiliza una perrilla, por un método más moderno que utilice botones pulsadores, y que resulte como una opción más atractiva para el usuario. Este atenuador contará con cuatro botones pulsadores, de donde cada par de botones se utilizará para controlar un grupo de lámparas diferente. Al oprimir uno de estos pulsadores la intensidad aumenta, mientras que con el segundo botón se reduce la intensidad lumínica. Además cuenta con la particularidad que al presionar los botones simultáneamente y si la luz se encuentra encendida, entonces esta se apagará en forma de rampa. Por otra parte, si se oprimen los botones al mismo tiempo y la 1 2 lámpara está apagada, entonces este se encenderá en forma de rampa al último valor de intensidad lumínica al cual la lámpara estuvo encendida. Como ya se mencionó, este dispositivo no utiliza la perilla convencional sino cuatro botones pulsadores, por que el usuario puede escoger las placas que desee utilizar para colocar los botones de control, sin el inconveniente de tener que utilizar la perilla convencional que tiene un empaquetado diferente al resto de los interruptores de lámparas utilizadas en el resto de la instalación eléctrica. Este dispositivo atenuador de intensidad lumínica, no es desarrollado para estar a la venta de manera individual y para el consumo masivo, sino que es particularmente diseñado para ser implementado como un accesorio de la empresa Nextec Intl, como un accesorio de su línea de control integrado LUMEON. Se ha elegido utilizar un sistema incrustado con el microcontrolador de Freescale MC9S08QG8, pues resulta ser una opción de bajo costo, robusta y flexible. 1.2 Metodología Se inició realizando un estudio de la arquitectura del microcontrolador MC9S08QG8 de Freescale, que permitiera identificar cuales periféricos, puertos y registros eran de interés para el desarrollo de este proyecto. Una vez identificados los puntos de utilidad, se desarrolló una extensa comprensión de los mismos, y se aprendió la forma en la que estos deben ser configurados e iniciados para que funcionen de la manera deseada. A través del sistema de desarrollo CodeWarrior, y la herramienta de configuración de periféricos, Processor Expert, se programó en lenguaje ensamblador el código del 3 microcontrolador. Luego, mediante la interfaz P&E USB Multilink y la placa DEMO9S08QG8UG se descargó el programa de la computadora al MCU. De esta manera, en la tarjeta DEMO9S08QG8UG se verificó que el software cumpliera con todas las especificaciones de diseño. Se participó en el diseño del hardware y se implementó un prototipo sobre una placa de prototipos donde se realizaron varias modificaciones con respecto al diseño original, para solucionar ciertos inconvenientes mayormente relacionados a la alta impedancia de salida del convertidor AC/DC. Una vez que el hardware funcionó correctamente, se procedió a diseñar el circuito impreso en el programa Eagle versión 5.11. Paralelamente se contactó con los proveedores para comprar los elementos necesarios para el hardware y el mismo circuito impreso. Finalmente, con el circuito impreso ya terminado con todos los elementos necesarios, se verificó el correcto funcionamiento del dispositivo final, y se modificaron algunos detalles del impreso para producir algunas mejoras en cuanto a la estética y facilidad en el proceso de soldar. 4 1.3 Cronograma Cuadro 1. 1 Cuadro Cronograma 1 S jjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjSemana Actividad Entender de la arquitectura del MC9S08QG8 Aprender el funcionamiento del sistema CodeWarrior Diseñar el código de programa. Participar en Hardware. el diseño del Implementar el circuito electrónico del Hardware. Estudiar el funcionamiento del programa Eagle versión 5.11 Diseñar un prototipo del circuito Impreso. Contactar los proveedores de los diferentes elementos y productos. Diseñar el circuito impreso final. Implementar el dispositivo en el circuito impreso. Redacción del documento de proyecto eléctrico. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 5 1.4 Objetivos 1.4.1 Objetivo General Diseñar e implementar un Dimmer de dos canales, utilizando el microcontrolador MC9S08QG8 de Freescale. 1.4.2 Objetivos Específicos Entender la arquitectura del microcontrolador MC9S08QG8. Aprender a utilizar el sistema de desarrollo CodeWarrior. Diseñar e implementar el código de programa. Participar en el diseño y desarrollo del hardware del dispositivo. Aplicar un protocolo de pruebas y validar el funcionamiento de acuerdo a las especificaciones de diseño. Montar un prototipo del producto y verificar su correcto funcionamiento. Estudiar el funcionamiento del programa Eagle versión 5.11. Desarrollar el circuito impreso del Dimmer utilizando el programa Eagle. Implementar el dispositivo final en el circuito impreso. 2. CAPITULO 2 DISEÑO DEL HARDWARE 2.1 Análisis topológico En la Figura 2.1 se presenta el diagrama de bloques del diseño del hardware: Red Eléctrica Convertidor AC/DC Fuente de tension de 3 V Fuente de tension de 24 V Detección del cruce por cero Pulsadores de control de intensidad lumínica Interfaz de entradas digitales Microcontrolador Interfaz de potencia TRIAC: Grupos de luces Figura 2. 1 Diagrama de bloques del diseño del hardware 6 7 Lo primero que se debe llevar a cabo es la implementación de las fuentes de voltaje que van a alimentar el circuito. Se va utilizar una fuente de 24 V para alimentar los pulsadores. Se escoge este voltaje, pues hay que considerar el caso en donde los pulsadores de control están ubicados a varios metros de separación del atenuador, entonces se producirá una alta caída de tensión en el cable, y entonces es necesario un voltaje que sea relativamente alto y estandarizado para sistemas de control. Por otra parte para alimentar el microcontrolador se va a utilizar una fuente de voltaje de 3 V, que es la tensión que el MCU requiere para trabajar. Una etapa muy importante es el detector de cruce por cero. Se necesita detectar el cruce por cero de la onda sinusoidal de la red eléctrica, pues la función de modificar la intensidad lumínica de una lámpara se hace a través del desplazamiento del pulso de disparo de un TRIAC con respecto al tiempo. Este tiempo que se debe modificar tiene como referencia el cruce por cero y es por eso que es importante detectar este momento con precisión. Este cruce por cero va a ser una entrada del comparador analógico del microcontrolador, y se va a comparar con un voltaje de 0 V. Un aspecto importante en el diseño es el aislamiento galvánico. El microcontrolador debe estar aislado tanto del sistema de potencia como de la fuente de 24 V, pues este podría dañarse si recibiera más voltaje del que puede tolerar. Es por esta razón que se implementan las interfaces de entradas digitales y la interfaz de potencia El microcontrolador cuenta entre otras cosas con: un comparador analógico interno, memoria FLASH y memoria RAM. El MCU va almacenar un programa que se encarga de detectar el cruce por cero de la señal sinusoidal de la red eléctrica e implementar un 8 temporizador que al rebasarse producirá el pulso de disparo que encenderá el TRIAC. El límite de tiempo del temporizador es determinado por el usuario a través de los pulsadores de control. Por otra parte, el TRIAC debe estar aislado por una interfaz de potencia para proteger al microcontroldaor de cualquier daño. Más adelante se detallan las características y funcionalidades de este microcontrolador. 2.1.1 Convertidor AC/DC: En la Figura 2.2 se presenta el esquemático del circuito que corresponde al convertidor AC/DC: Figura 2. 2 Circuito Esquemático del convertidor AC/DC 2.1.1.1 Descripción de operación Para alimentar el circuito se necesita implementar una fuente de tensión DC. Aunque para este caso, se van a generar dos fuentes de tensión, una de 3 V y otra de 24 V, cada una de estas tendrá una función específica que más adelante se detallará. Antes de tener los voltajes regulados en 3 V y 24 V se va a buscar tener una onda con un componente DC, y 9 este componente debe ser mayor de 24 V, si lo que se busca es generar una fuente de este voltaje. Lo primero que se debe identificar, es que 120 Vrms es un voltaje muy elevado para obtener fuentes DC de 3 V y 24 V. Entonces hay que reducir este nivel de tensión. Para ello se va a implementar un divisor de tensión capacitivo para aprovechar la alta impedancia del capacitor y su baja disipación de potencia, con la intención de alcanzar una tensión máxima de 32 V. Nótese que este voltaje debe ser mayor que las dos tensiones de las fuentes que se quieren generar. Vale destacar que el capacitor de este divisor de tensión, va a ser visto por la entrada como una impedancia, y como la capacitancia es inversamente proporcional a la impedancia, se busca que tenga un valor capacitivo alto, para que la corriente de entrada al circuito sea tan alta como las fuentes lo demandan. Una vez reducida la amplitud de la señal sinusoidal, y al considerar que se está buscando obtener un componente DC a partir de una onda sinusoidal (de la red eléctrica), se tiene que eliminar la simetría de la señal con respecto al eje del tiempo. Esto se logra a través de la implementación de un puente de diodos que va a provocar una rectificación de onda completa. Por otra parte, para subir el nivel de tensión DC y eliminar parte del rizado se va colocar en paralelo a la carga un capacitor. 2.1.1.2 Formas de onda En la Figura 2.3 se ilustra la forma de onda para la etapa de conversión AC/DC. 10 Figura 2. 3 Forma de Onda de la convertidor AC/DC La tensión en el nodo Vx va creciendo conforme se carga el capacitor C1, hasta un valor cercano a los 32 V. La señal presenta un rizado, que representa el componente AC de la señal que todavía no ha sido eliminado completmente. 2.1.2 Fuente de 24 V En la Figura 2.4 se presenta esquemático del circuito que corresponde a la fuente de 24 V: Figura 2. 4 Circuito Esquemático de la fuente de 24 V 11 2.1.2.1 Descripción de operación La fuente de 24 VDC se utiliza para alimentar las interfaces de entrada que reciben los botones pulsadores. Dependiendo de la edificación y la ubicación de las lámparas, es muy probable que sean grandes distancias las que separan los botones pulsadores del resto del circuito. Una distancia grande representa una mayor resistencia en el cable, y por lo tanto, un mayor caída de tensión. Como se debe asegurar que a pesar de la caída de tensión en el cable, el microcontrolador pueda diferenciar cuando un botón este pulsado, de cuando no lo esté, es necesario que el voltaje a utilizar para comunicar los pulsadores y el MCU sea elevado. Partiendo de esta premisa se escoge utilizar una fuente de voltaje de 24 V, por ser este un voltaje estándar de control. Se decidió que Vx tiene un máximo de 32 V, y su nivel DC es muy cercano a este, debido al capacitor C1 que elimina gran parte del rizado. Pero como se quiere tener una excelente regulación de línea y carga, se procede a implementar la fuente con un diodo zenner de 24 V. 2.1.2.2 Formas de onda Seguidamente se muestra la forma de onda de la fuente de 24 V, junto la onda de la red eléctrica y convertidor AC/DC. 12 Figura 2. 5 Forma de onda de la fuente de tensión de 24 V Nótese de la Figura 2.5 que la fuente de 24 V tiene un rizado despreciable, lo cual indica que la onda tiene un bajo componente AC. Por otra parte, la demanda de corriente que tiene esta fuente junto con el hecho de que la impedancia de entrada del capacitor C4 es significativa y limita la corriente, ha provocado que la señal Vx tenga un mayor nivel de rizado. No obstante, este efecto no resulta perjudicial, pues el nivel de tensión de interés que debe ser completamente regulado es la fuente de 24 V, y para esto es necesario que el nodo Vx tenga una tensión mayor que esta. 2.1.3 Fuente de 3 V En la Figura 2.6 se presenta el esquemático del circuito que corresponde a la fuente de 3 V: Figura 2. 6 Circuito Esquemático de la fuente de tensión de 3 V 13 2.1.3.1Descripción de operación Se necesita una fuente de 3 V para alimentar el MCU. La precisión en este nivel de tensión es requerida, pues hay que tener cuidado de no provocarle un daño al microcontrolador o una operación errática del mismo debido a problemas de regulación de la fuente. Por otra parte, es de gran importancia tener una excelente regulación de carga y de línea. Por lo tanto, para implementar esta fuente se va a utilizar un regulador de tensión monolítico LP2950, después de haber previamente reducido el voltaje con un diodo zenner de 3,9 V. Se va a utilizar en serie con Vx un diodo zenner cuya única función será reducir la diferencia potencial que va a manejar la resistencia. Esto va a disminuir el voltaje de “dropout” del regulador, para que trabaje dentro de las condiciones especificadas por el fabricante y además reducir la disipación de potencia en la resistencia R4. Por otra parte, se van colocar dos capacitores uno en la entrada y otro a salida del regulador para mejorar la respuesta transitoria de la fuente y su estabilidad relativa. A continuación se muestran las formas de onda de las dos fuentes de tensión que serán utilizadas. 2.1.3.2 Formas de ondas En la Figura 2.7 se muestran las formas de onda de la fuente de 3 VDC. Figura 2. 7 Forma de onda de la fuente de tensión de 3 V 14 Al implementar la fuente de 3 V se demanda una mayor cantidad de corriente a cuando solo se tenía implementada la fuente de 24 VDC. Esto provoca nuevamente un mayor nivel de rizado en el voltaje Vx, al igual que el efecto explicado en la fuente de 24 V. Esto no resulta problemático, pues sigue habiendo un nivel de tensión mayor que los 24 V requeridos para una de las fuentes de alimentación. Además se puede observar en la forma de onda del diodo zenner, que este alcanza un valor cercano a los 4 V y con un rizado despreciable. Finalmente a la salida del regulador hay 3 V sin la presencia de ningún componente AC. 2.1.4 Detector cruce por cero En la Figura 2.8 se presenta el esquemático del circuito que corresponde a la fuente de señal para detectar el cruce por cero: Figura 2. 8 Circuito Esquemático del detector de cruce por cero 2.1.4.1 Descripción de operación Se necesita detectar el cruce por cero de la señal sinusoidal de la red eléctrica, para sincronizar el disparo de los tiristores que estarán manejando las luces. Esta detección se logra por medio de una comparación, entre la señal sinusoidal de la red, y un valor constante de aproximadamente cero. Para realizar esta comparación se va a utilizar el comparador analógico que tiene el microcontrolador internamente. De las hojas del fabricante del MC9S08QG8 se sabe que 15 los pines 16 y 15 del microcontrolador (PTA0 y PTA1 respectivamente), son las entradas del comparador analógico interno. Específicamente el pin 16 es la entrada no inversora y el pin 15 es la entrada inversora. Es necesario reducir la amplitud del voltaje que va a ingresar al comparador del microcontrolador, pues este no va a soportar voltajes tan elevados como 120 Vrms. Es por esta razón, que se colocan unos diodos “clamping” en paralelo que limitan el voltaje máximo a 0,6 V. Este voltaje se presenta tanto en rangos positivos como negativos. Ambos valores son tolerados por el comparador analógico de microcontrolador. Además, se va a utilizar una resistencia para limitar la corriente que ingresa al MCU y que circula a través de los diodos. Al colocar estos diodos recortadores de voltaje, se va a perder la forma sinusoidal de la señal de la red eléctrica, pero esto no es de interés, pues el objetivo radica en obtener los cruces por ceros de la señal en el momento exacto en que se produce. 2.1.4.2 Formas de onda En la Figura 2.9 se observa que los diodos recortan el voltaje en un rango de ±0,6 V. Y el flanco de la señal recortada se presenta exactamente a los 8,33 ms, instante en el cual la señal sinusoidal está pasando por 0 V. Así es como se consigue la primera señal que se dirige al comparador analógico. 16 Figura 2. 9 Forma de onda del detector de cruce por cero Para obtener la otra señal a comparar, se necesita que sea un voltaje constante, que pertenezca al rango [-0,6 V; 0,6 V]. Como se puede observar el flanco de la señal recortada por los diodos es tan vertical, que se puede escoger cualquier valor entre el rango determinado y por lo tanto siempre va a asegurar la comparación en el momento en que se presenta el cruce por cero. Es decir, que escogiendo cualquier valor entre [-0,6 V; 0,6 V] se va a tener la interrupción de software en el momento exacto en que se desea. Se decide por escoger un voltaje de 0 V. Este es valor conveniente, pues utilizar 0 V va a ahorrar la implementación de 2 resistencias que habría que utilizar para realizar un divisor de tensión. 2.1.5 Interfaz de entradas digitales En la figura 2.10 se presenta esquemático del circuito que corresponde a la interfaz de entradas digitales. 17 Figura 2. 10 Circuito Esquemático de la interfaz de entradas digitales 2.1.6.1 Descripción de operación Es importante que los 24 V necesarios para implementar la etapa de pulsadores estén galvánicamente aislados del MCU para no dañarlo. Para implementar esta separación se va a utilizar transistores photodrlington 4N33, como se mostró anteriormente en la figura 2.10. Por otra parte, es conveniente que las entradas al microcontrolador estén en estado alto siempre que no estén pulsados los botones, y solamente cuando los pulsadores sean oprimidos la entrada al microcontrolador estará en estado bajo. Esto es con el fin de que los pines no estén “flotando” y de esta manera se evitan falsos disparos por el ruido en las entradas al MCU. Cuando el pulsador no este presionado, la fuente de 24 V no estará conectada a IRLED por lo tanto el transistor ubicado entre las terminales 5 y 4 estará en corte, y al puerto de entrada (PTB0, 1, 2 y 3) le estará entrando un voltaje igual a Vcc. Por otra parte, al oprimir el pulsador, el IRLED se encenderá, haciendo que el transistor pase a estado de saturación y ahora el voltaje en los puertos de entrada del MCU serán aproximadamente 0 V. Se debe colocar una resistencia para proteger el 4N33 de no superar su corriente máxima y otra resistencia para limitar la corriente del fotodiodo del optoacoplador y otra resistencia para limitar la corriente del fototransistor. 18 2.1.6 Interfaz de potencia En la figura 2.11 se presenta el diagrama esquemático del circuito que corresponde a la interfaz de potencia. Figura 2. 11 Circuito Esquemático de la interfaz de potencia 2.1.6.1 Descripción de operación Como parte de los requerimientos de diseño se debe implementar una interfaz que comunique el microcontrolador con la etapa de potencia. Es importante tener galvánicamente aisladas estas etapas, pues el microcontrolador podría dañarse si una gran cantidad de corriente fluye a través de él. Para aislar estas etapas, se va a utilizar un optotriac que conecta el pin de salida del microcontrolador (PTA2 y PTA3), con la terminal correspondiente a la compuerta del TRIAC. El ánodo del IRLED va a estar conectado a la fuente de 3 V, y el cátodo se debe conectar al puerto de salida del microcontrolador. De esta manera, cada vez que el puerto de salida tenga un valor de 0 lógico el IRLED estará encendido. Por otra parte, cuando el puerto de salida esté en estado alto, el IRLED estará apagado, pues no hay corriente fluyendo por el circuito. 19 Es importante recordar que el puerto de salida del microcontrolador estará en estado bajo solamente por un período de tiempo muy corto, de aproximadamente el 2% de del tiempo que dura medio ciclo de la señal sinusoidal de la red eléctrica (0,1667 ms). Cada vez que el IRLED esté encendido, es decir que el puerto de salida del microcontrolador en estado bajo, se producirá una corriente en dirección al terminal “gate” del TRIAC, que va a durar 0,1667 ms. Esta corriente, va a encender el TRIAC, que se mantendrá en este estado hasta que el voltaje entre las “main terminales” decaiga de un valor mínimo, y entonces se apagará. Este valor mínimo corresponde al que se presenta a los 8,333 ms después de que empezó el medio ciclo de la señal sinusoidal de la red eléctrica. El objetivo del circuito, consiste en variar el momento de tiempo en el cual se produce esta corriente en el terminal “gate”. Si este disparo, se produce más tarde entonces se reduce el tiempo que el TRIAC está encendido y por ende es menos la cantidad de energía en ese medio ciclo de la señal sinusoidal. Por otra parte, si el disparo se produce antes, es más el tiempo que el TRIAC estará encendido por tanto mayor será la cantidad de energía. Se debe considerar que es necesaria la implementación de las resistencias R24 y R7 para proteger los dispositivos antes mencionados (TRIAC y optotriac), pues ambos pueden tolerar una corriente máxima que no debe ser superada. Finalmente, se utilizará un varistor de óxido metálico en paralelo al TRIAC, por proteger al mismo de transientes eléctricas debidas a la conmutación de la corriente en las lámparas. 2.1.6.2 Formas de onda En la figura 2.12 se ilustra la forma de onda de la lámpara controlada por el TRIAC. 20 Figura 2. 12 Forma de onda del TRIAC La señal sinusoidal de la red eléctrica, que está en serie con la lámpara se ve limitada a un intervalo de funcionamiento determinado por el pulso de disparo que produce el MCU y el voltaje mínimo para mantener encendido el TRIAC. Mientras mayor sea el tiempo de encendido del TRIAC es más la intensidad lumínica que tendrá la lámpara. Es decir que si el pulso de disparo se corre hacia la derecha (el pulso se produce más tarde), entonces menor será intensidad lumínica. 2.1.7 Microcontrolador MC9S08QG8 de Freescale Para escoger el microcontrolador que se va utilizar, se realizó un proceso de selección en el cual se requerían de ciertas cualidades y características: Debe tener un comparador analógico interno. Debe tener al menos cuatro pines que se puedan configurar como puertos de entrada, y otros dos pines que puedan configurarse como salidas del MCU. Además de los otros dos pines del comparador analógico. Debe que tener memoria FLASH y memoria RAM interna. 21 Además de que el MC9S08QG8 de Freescale posee las propiedades anteriores, también presenta la facilidad de tener un sistema de desarrollo sencillo de utilizar como lo es CodeWarrior. Por otra parte, se cuenta con un gran soporte de información de este dispositivo y tiene un costo accesible. El microcontrolador MC9S08QG8 de Freescale tiene muchos módulos y funcionalidades que no serán utilizados para el desarrollo de este proyecto. Sin embargo, se buscó utilizar la mayor cantidad de funciones y propiedades del microcontrolador que faciliten el desarrollo, reduzcan tamaño y disminuyan el costo del hardware. Los siguientes son los periféricos que presenta el microcontrolador: ADC: Convertidor Analógico Digital. ACMP: Comparador Analógico. SCI: Interfaz de comunicación serial. SPI: Interfaz de periféricos seriales. ICC: Bus de circuito Inter-Integrados. TPM: Modulador por Ancho de Pulso. MTIM: Modulo de Temporizador. KBI: Interrupción por teclado. Es importante considerar que el empaquetado del microcontrolador que se está utilizando solo tiene 16 pines, y cada uno de ellos comparte varias funciones. Se va a utilizar el empaquetado PDIP y además está disponible el empaquetado DIP. En la figura 2.13 se ilustra el “pinout” del chip con las tareas que puede realizar cada pin, donde la función que aparece ubicada más a la derecha, es la que mayor prioridad tiene. En caso de estar dos 22 funciones activadas en el mismo pin, permanecerá activa únicamente la que tenga más prioridad. Figura 2. 13 Asignación de pines del empaquetado PDIP de 16 pines del MC9S08QG81 La onda del detector de cruce por cero se va a conectar al pin 16 (ACMP+), y el voltaje de comparación de 0 V se va a conectar al pin 15 (ACMP-). Por otra parte los cuatro pulsadores provenientes de la interfaz de aislamiento de entradas digitales se conectan a los pines 9, 10, 11 y 12 (PTB0, PTB1, PTB2 y PTB3 respectivamente). Luego se escoge que las salidas del microcontrolador que se dirigen a la interfaz de potencia sean el pin 15 y el 14 (PTA1 y PTA2 respectivamente). Falta agregar que la fuente de 3 V se conecta al pin 3 (VDD) y el pin 4 se conecta a la referencia de 0 V. En la figura 2.14 se ilustra el diagrama de bloques del microcontrolador: 1 Tomado de Freescale Semiconductor, Inc. (2009). MC9S08QG8 Data Sheet. 23 Figura 2. 14 Diagrama de bloques del micrcontrolador MC9S08QG8 de Freescale2 El “CORE” de este micrcontrolador es de la familia HCS08. Además el MCU tiene una memoria FLASH de 8 Kbytes y 512 bytes de memoria RAM. Cuenta con una fuente de reloj interno, por lo tanto no es necesario producir un oscilador externo al microcontrolador. 2.2 Esquemático del circuito completo: En la figura 2.15 se presenta el circuito esquemático completo del atenuador de luz. 2 Tomado de Freescale Semiconductor, Inc. (2009). MC9S08QG8 Data Sheet. 24 Figura 2. 15 Circuito Esquemático de fuentes de tensión y detector de cruce por cero 25 2.3 Lista de partes 2.3.1 Resistencias Cuadro 2. 1 Cuadro de Resistencias Número de resistencia Valor óhmico (Ω) Capacidad de potencia (W) R1 4,7 k 1/2 R4 270 2 R5 270 2 R31 270 k 1/4 R19 4,7 k 1/4 R20 4,7 k 1/4 R21 4,7 k 1/4 R22 4,7 k 1/4 R23 2k 1/4 R24 2k 1/4 R25 2k 1/4 R26 2k 1/4 R29 200 1/4 R30 200 1/4 R7 330 1/4 R6 330 1/4 26 2.3.2 Capacitores Cuadro 2. 2 Cuadro de Capacitancias Número de capacitor C1 C2 C3 C4 Valor de capacitancia (uF) 47 1 0,1 22 Tipo de capacitor Voltaje (V) Electrolítico Electrolítico Electrolítico No electrolítico 35 35 35 200 Características 200 mA, 100 V 200 mA, 100 V 15 V / 3 W 25 V / 3 W 3,8 V / 0,5 W 1,5 A Número de diodo D1 D2 D3 D5 D4 B1 2.3.3 Diodos Cuadro 2. 3 Cuadro de diodos Tipo de diodo Normal Normal Zenner Zenner Zenner Puente de diodos Número de parte 1N4148 1N4148 1N5929BG 1N5934B NZX3V9A DF08S 2.3.4 Triacs Cuadro 2. 4 Cuadro de TRIAC Número de parte BTA312X-600D,127 Características VDRM=600V, ITSM=95A, IT=12A, IGT=5mA Número de veces que se utiliza en el circuito 2 27 2.3.5 Varistores de óxido metálico Cuadro 2. 5 Cuadro de MOV Número de parte B72205S0421K101 Número de veces que se utiliza en el circuito 2 Voltaje (V) Corriente (A) 420 400 2.3.5 Circuitos integrados Cuadro 2. 6 Cuadro de circuitos integrados Tipo Regulador de voltaje Photodarlington Optotriac Microcontrolador Número de veces que se utiliza en el circuito 1 4 4 1 Número de parte LP2950Z 4N33 MOC3023SR2VM MC9S08G8-16PBE 2.3.6 Otros Cuadro 2. 7 Cuadro de otros elementos Tipo Vertical Box for Din Rail Plug Socket Circuito impreso Número de parte CVB225 FCI-01-500 FCI-06-500 - 2.4 Diseño del circuito impreso El resultado del diseño del circuito impreso se muestra en la figura 2.16. 28 Figura 2. 16 Circuito Impreso En la figura 2.17 se ilustra el dispositivo montado en el prototipo de circuito impreso: 29 Figura 2. 17 Prototipo de circuito impreso Las pistas que c|2onectan los pines de los conectores exteriores con el TRIAC deben tener un ancho especial debido a que van a estar conduciendo 3 A cada una en el peor caso. Por eso se escoge un ancho de 0,254 pulgadas para cada una de estas pistas. Mientras que para las pistas que manejan señales se les asigna un ancho de 0,01 pulgadas, pues la corriente que fluye a través de estas es muy pequeña. Por otra parte, las líneas que ingresan al puente de diodos se les otorga un ancho de 0,076 pulgadas pues van a estar transportando al corriente de las dos fuentes juntas (de 24 V y 3 V). 30 2.5 Presupuesto del dispositivo: Cuadro 2. 8 Presupuesto del dispositivo Símbolo Esquemático Número de parte Descripción Precio Unitario Costo de Tarjeta B1 DF08S Rectificador en puente USD 0,40 USD 0,40 C4 ECQ-E225K CAPACITOR 2,2 uF, 2500 V USD 0,88 USD 0,88 C2 FK28X7R1H104K CAPACITOR 0,1 uF, 50 V USD 0,19 USD 0,19 C3 UKL1H010MDDANATD CAPACITOR 1 uF, 5 V USD 0,16 USD 0,16 D1 D2 1N4148 DIODO FAST RECOVERY, 0.3A,100 V USD 0,12 USD 0,60 D4 NZX3V9A DIODO ZENER 3.8 V, 0.5 W USD 0,05 USD 0,05 D5 1N5934B DIODO ZENER 24 V, 3 W USD 0,37 USD 0,37 D3 1N5929BG DIODO ZENER 15V, 3 W USD 0,37 USD 0,37 R31 CCF07270KGKE36 RESISTENCIA 270 K, 0.25 W USD 0,09 USD 0,09 R4, R5 CCF02270RJKR36 RESISTENCIA 270 OH, 2 W USD 0,19 USD 0,38 R1 MF1/2CCTT52R4701F RESISTENCIA 4.7K K, 1/2 W USD 0,18 USD 0,18 R19, R20, R21, R22 291-4.7K-RC RESISTENCIA 4.7 K, 0.25 W USD 0,10 USD 0,40 R23, R24, R25, R26 291-2K-RC RESISTENCIA 2 K, 0.25 W USD 0,10 USD 0,40 R29 ,R30 CCF55200RFKE36 RESISTENCIA 200Ω, 0.25 W USD 0,09 USD 0,40 R7, R6 271-330-RC RESISTENCIA 330 Ω, 1/4 W USD 0,13 USD 0,26 U8 LP2950ACZ-3.0G REGULADOR DE 3 V USD 0,86 USD 0,86 U2, U3, U4, U5 4N33SM OPTOCOUPLER TRANSISTOR USD 0,54 USD 2,16 U6, U7 MOC3023SR2VM OPTOCOUPLER TRIAC USD 0,68 USD 1,36 T1, T2 BTA312X TRIAC 12 A, 600 V USD 1,03 USD 2,06 MOV1, MOV2 B72205S0421K101 VARISTOR OXIDO MET. 400V USD 0,36 USD 0,72 530714B00000G Disipador TO220 USD 0,31 USD 0,62 U1 MCS9S08QG8 Freescale MCU USD 1,54 USD 1,54 - - Thermal Compound 47.5 gr USD 18,64 USD 0,19 - - Circuito impreso USD 16,60 USD 16,60 - CVB225KIT DIN Vertical Box USD 5,67 USD 5,67 31 Finalmente el costo total del dispositivo considerando únicamente el costo de los materiales, correspondería a la suma de la columna “costo de tarjeta” y este valor es de: USD 36,69. En este precio no se considera el costo de desarrollo. 3. CAPITULO 3 DISEÑO DEL SOFTWARE 3.1 Configuración e inicialización del sistema incrustado. CPU, Registros y Puertos Como el funcionamiento del dispositivo radica en variar el ángulo de disparo del TRIAC, se necesita utilizar el módulo del comparador analógico para detectar cada vez que sucedió una intersección o cruce por cero de la red eléctrica. Una vez detectada esta intersección por cero, se inicia un temporizador por lo que se debe activar el módulo de temporizador del MCU. El temporizador cuenta hasta un valor de tiempo determinado por el usuario que puede modificar el tiempo de este temporizador a través de los pulsadores de control. Finalmente, cuando el temporizador se rebasa, se produce un pulso en el pin de salida del microcontrolador que se dirige, a través de una interfaz de potencia, al TRIAC que maneja la luz. De esta manera, al modificar el temporizador se está cambiando la cantidad de tiempo que el TRIAC está encendido, y con esto a su vez varía la intensidad lumínica de la lámpara. Dos de los módulos que van a ser utilizados son el comparador analógico y el temporizador y necesitan ser configurados o inicializados. De igual manera el módulo del reloj interno del microcontroldaor, el cual determina la frecuencia de operación del dispositivo de ser inicializado. Por otra parte deben definirse las variables de entrada y salida en el microcontrolador. En este proyecto, van a ver cuatro pines de entrada conectados cada uno a sus respectivo pulsador. Cada par de botones sirve para subir y bajar la intensidad de luz de la lámpara (PTB0 y PTB1 controlan la luz1 y PTB2 y PTB3 controlan la luz2). Además 32 los dos pines de salidas PTA2 y PTA3, cada uno van a manejar los TRIACS que permiten manejar un circuito de 300 W, cada uno. En cada una de las siguientes secciones se van a definir los registros utilizados en el programa y la forma como cada uno de ellos se configura. 3.1.1 Registros de la fuente de reloj interna Registro ICSC1 El MCU incluye un registro de 8 bits denominado ICSC1 el cual sirve para determinar cuál fuente de reloj se desea utilizar y cuáles son las características básicas de este reloj. Se configura este registro es la siguiente: 00000100 para cumplir con las funcionalidades deseadas. En la figura 3.1 se muestra la configuración de este registro. Figura 3. 1 Registro ICSC1 • CLKS=00: Se activa el “Frequency Locked Loop” (FLL), que mantiene estable la frecuencia de reloj. • IREFS=0: Se escoge como reloj de referencia la fuente interna (31,25 kHz) y no la fuente de reloj externa. • RDIV=00: El divisor o escala del reloj de referencia es 1, de esta manera se mantiene la frecuencia de referencia de 31,25 kHz. • IRCKLEN=0: Inhabilita un nuevo reloj que solo es utilizado en el modo STOP (este es un modo de ahorro de energía no será utilizado en este proyecto). 33 • IREFSTEN=0: Si el MCU entra en modo STOP el reloj de referencia se apaga. Registro ICSC2 El MCU incluye un registro de 8 bits denominado ICSC2 el cual sirve para determinar las características secundarias de la fuente de reloj escogida en el registra ICSC1. Se configura este registro es la siguiente: 0100000 para cumplir con las funcionalidades deseadas. En la figura 3.2 se muestra la configuración de este registro. Figura 3. 2 Registro ICSC2 • BDIV=01: Se divide la frecuencia a la mitad de la referencia (31,25 kHz/2=15,625 kHz), y este es el valor llamado: “Fixed Frequency Clock”. Este valor se genera por defecto al realizarse un POR (“Power On Rest”). • RANGE, HGO, EREFS, ERKLEN, ERFSTEN: estos bits corresponden al reloj externo, y como se está utilizando la fuente de reloj interna todos estos bits son desactivados. • LP=0: el FLL (Frequency Locked Loop) no se apaga en modo bypass. Registro ICSTRM El MCU incluye un registro de 8 bits denominado ICSTRM el cual sirve para determinar cuál es la frecuencia de funcionamiento del bus interno del microcontrolador. Se configura este registro es la siguiente: 1000000 para cumplir con las funcionalidades deseadas. En la figura 3.3 se muestra la configuración de este registro. 34 Figura 3. 3 Registro ICSTRM • TRIM: controla la frecuencia del reloj del bus interno a partir del reloj de referencia. El valor que contenga TRIM se multiplica por la frecuencia de referencia y esta será la frecuencia a la cual trabaja el bus interno. Se desea una frecuencia de bus de 4MHz a partir de la frecuencia de referencia de 31,25 kHz, entonces . Es decir: 10000000 en binario. Donde 4 MHz es un valor estándar de la frecuencia de bus, que se genera por defecto durante el POR. No obstante, más adelante se justifica porque este valor resulta conveniente y por eso no es modificado. Registro ICSSC El MCU incluye un registro de 4 bits denominado ICSSC el cual sirve para producir variaciones muy pequeñas en la frecuencia del reloj. Se configura este registro es la siguiente: 00000000 para cumplir con las funcionalidades deseadas. En la figura 3.4 se muestra la configuración de este registro. Figura 3. 4 Registro ICSSC • CLKST: selecciona el modo de reloj. Las opciones 00=FLL, 01=FLL bypass con reloj interno, 10=bypass con reloj externo, 11=no aplica. Se escoge el modo de reloj por defecto que es el que genera el FLL. 35 • OSCINIT: este bit se pone en 1 una vez que el reloj ha sido inicializado. • FTRIM: si se pone un 1 en este bit, el período aumenta de la señal de reloj el mínimo valor posible. Escribir un 0 después de un 1 disminuye el período en la misma cantidad. 3.1.2 Registros del Comparador Analógico Registro ACMPSC: 10110011 El MCU incluye un registro de 8 bits denominado ACMPSC el cual sirve para activar el funcionamiento del comparador analógico interno del microcontrolador y a la vez permite determinar las características básicas del mismo. Se configura este registro es la siguiente: 10110011 para cumplir con las funcionalidades deseadas. En la figura 3.5 se muestra la configuración de este registro. Figura 3. 5 Registro ACMPSC ACME=1: Habilita el modulo del comparador analógico. ACBGS=0: Se utiliza el valor analógico conectado al pin ACMP+ y no se utiliza la referencia interna del MCU. ACF=1: Bandera que avisa con 1 cuando sucedió un evento de comparación. ACIE=1: Habilita una interrupción cuando se presenta una comparación. ACO=0: Al leer este bit se obtiene el valor actual de pin de salida del comparador. 36 ACOPE=0: La salida del comparador analógico no se conecta al pin de salida digital ACMPO (pin 2). Es importante aclarar que esta es una salida digital, donde si el ACMP+ (detector de cruce por cero) es mayor que ACMP- (0 V), entonces la salida tiene un valor de 1 lógico. En caso contrario la salida tiene un valor de 0 lógico. ACMOD=11: se presenta una comparación tanto en flanco negativo como positivo. Resulta muy importante respetar estos bits, pues se necesita detectar el cruce por cero en cada medio ciclo de la señal de la red eléctrica. Si solo se producirá un comparación en el flanco positivo o negativo, entonces se estría detectando el cruce por cerco pero solo cada un ciclo completo de la onda de la red eléctrica. Se ilustran los eventos de comparación en la Figura 3.6. Figura 3. 6 Eventos de comparación en flancos positivos y negativos Registro SOPT2 El MCU incluye un registro de 3 bits denominado SOPT2 el cual sirve para modificar ciertas funcionalidades con respecto al comparador analógico, al COP Watchdog y bus de circuito inter-integrados. Se configura este registro es la siguiente: 00000000 para cumplir 37 con las funcionalidades deseadas. En la figura 3.7 se muestra la configuración de este registro. Figura 3. 7 Registro SOPT2 COPCLKS=0: Se selecciona una fuente de reloj 1 kHz para el COP Watchdog (encargado de producir un Reset al detectar un error de Software). Con el bit puesto en 1 se selecciona la frecuencia del bus interno. IICPS: este bit está relacionado al periférico ICC (bus de circuito inter-integrados) y como no se utiliza este periférico, este bit esta deshabilitado. ACIC=0: La salida del comparador analógico no se conecta con el módulo TPM (modulador de ancho de pulso). 3.1.3 Registros del Temporizador de interrupciones Registro MTIMSC: 01100000 El MCU incluye un registro de 4 bits denominado MTIMSC el cual sirve para determinar las características básicas del temporizador, como por ejemplo, la activación de una subrutina cuando suceda una rebase en el contador. Se configura este registro es la siguiente: 0110000 para cumplir con las funcionalidades deseadas. En la figura 3.8 se muestra la configuración de este registro. 38 Figura 3. 8 Registro MTIMSC TOF=0: Este es un bit de solo lectura, que se pone en 1 cuando el contador del temporizador se rebaza. TOIE=1: Habilita la interrupción cuando se produce un rebase del contador del temporizador. TRST=1: Es un bit de escritura, que sirve para llevar a 0 el contador del temporizador. TSTP=0: El temporizador no se detiene y sigue activo en todo momento. Registro MTIMCLK: El MCU incluye un registro de 6 bits denominado MTIMCLK el cual sirve para seleccionar el reloj que va a utilizar el temporizador para llevar a cabo la cuenta. Se configura este registro es la siguiente: 00000001 para cumplir con las funcionalidades deseadas. En la figura 3.9 se muestra la configuración de este registro. Figura 3. 9 Registro MTIMCLK CLKS=00: Se selecciona como fuente de reloj el Bus Clock y no los relojes externos al MCU. PS=0001: Se selecciona la escala de la fuente de reloj a utilizar. Para este caso sería . Como anteriormente se escogió una frecuencia de bus de 4 MHz, se 39 tendría una frecuencia de 2 MHz ajustada con la escala, que equivale a 0,5 us. Este valor resulta conveniente, y en el registro MTIMMOD se termina de explicar porque. Registro MTIMCNT: El MCU incluye un registro de 8 bits denominado MTIMCNT el cual sirve para saber cuál es el valor actual del temporizador. Se configura este registro es la siguiente: 00000000 para cumplir con las funcionalidades deseadas. En la figura 3.10 se muestra la configuración de este registro. Figura 3. 10 Registro MTIMCNT COUNT: Registro de solo lectura que devuelve el valor del contador del temporizador. Registro MTIMMOD: El MCU incluye un registro de 8 bits denominado MTIMMOD el cual contiene el valor final al que el temporizador debe contar. Se configura este registro es la siguiente: 10100101 para cumplir con las funcionalidades deseadas. En la figura 3.11 se muestra la configuración de este registro. Figura 3. 11 Registro MTIMMOD 40 MOD: Contiene el valor final al que tiene que llegar el contador del temporizador. Se escoge el valor 10100101 que en decimal equivale a 165. Recuerde que en el registro MTIMCLK se escogió un periodo de 0,5 us (frecuencia de 2 MHz). Luego , este valor de tiempo es lo que tarda en producirse una interrupción, y representa aproximadamente el 1% del medio ciclo de la señal sinusoidal de la red eléctrica (8,333 ms). Eso quiere decir que cada 100 veces que se presente un evento de interrupción, va a haber transcurrido solo 1 medio ciclo de la onda de la red eléctrica. Además, cada vez que se produce un cruce por cero se va a llevar a 0 el registro MTIMCNT (registro que lleva la cuenta del contador del temporizador), esto se logra escribiendo cualquier bit en el registro MTIMMOD. Entonces, el hecho de que se produzca una interrupción cada 0,0825 ms resulta ser conveniente, pues si por ejemplo, se desea que la intensidad lumínica de la lámpara sea del 50% de su máxima intensidad, solo hay que producir el pulso de disparo en la interrupción número 50. 3.1.4 Registros del Puerto PTA2 y PTA3 Registro PTAD El MCU incluye un registro de 6 bits denominado PTAD el cual contiene los datos que presentan estos puertos. Se configura este registro es la siguiente: 00000000 para cumplir con las funcionalidades deseadas. En la figura 3.12 se muestra la configuración de este registro. 41 Figura 3. 12 Registro PTaAD PTAD[5:0]: estos bits son el valor del dato que contiene estos pines s. En el momento del POR se tiene un 0 en todos los bits. Registro PTADD: El MCU incluye un registro de 6 bits denominado PTADD el cual sirve para activar el funcionamiento de los puertos “A” como entradas o salidas del microcontrolador. Se configura este registro es la siguiente: 00001100 para cumplir con las funcionalidades deseadas. En la figura 3.13 se muestra la configuración de este registro. Figura 3. 13 Registro PTADD PTADD[2,3]=1: Se les asigna a al puerto PTA2 y PTA3 la función de salidas del MCU. PTAD[0,1,5]=0: Se habilitan los puertos PTA0,1,4 y 5 como pines de entrada al MCU. Pues PTA1 y PTA2 son utilizados como entradas por el comparador analógico y PTA5 (“RESET”) es un pin de entrada de dirección única. Registro PTAPE El MCU incluye un registro de 8 bits denominado ACMPSC el cual sirve para la resistencia de pull-up interno del microcontrolador. Se configura este registro es la siguiente: 42 00000000 para cumplir con las funcionalidades deseadas. En la figura 3.14 se muestra la configuración de este registro. Figura 3. 14 Registro PTAPE PTAPE: al escribir un 0 se deshabilita el “pull-up” interno del MCU para cada uno de los pines (PTA[0:5]). Registro PTASE: El MCU incluye un registro de 8 bits denominado PTASE el cual sirve para la opción de controlar el “slew rate”. Se configura este registro es la siguiente: 00100000 para cumplir con las funcionalidades deseadas. En la figura 3.15 se muestra la configuración de este registro. Figura 3. 15 Registro PTASE PTASE=0: Deshabilita la opción de controlar el “Slew Rate” de salida (con 1 se habilita el control de “Slew Rate”). El control “Slew Rate” sirve para limitar el rango de transiciones de las salidas, pero como este efecto no es deseado, entonces se deja inhabilitado esta opción. Registro PTADS: 43 El MCU incluye un registro de 8 bits denominado PTADS el cual sirve para activar el funcionamiento de la opción “Drive Strenght”. Se configura este registro es la siguiente: 00011111 para cumplir con las funcionalidades deseadas. En la figura 3.5 se muestra la configuración de este registro. Figura 3. 16 Registro PTADS PTADS[0:5]=1: Los pines configurados con un 1 tienen habilitada la opción de “Drive Strength” (mayor capacidad de entrega de corriente), esto produce que estos pines sean capaces de entregar una mayor cantidad de corriente. Esto es requerido pues las salidas van del MCU van a controlar una interfaz de potencia, que va a demandar como máximo 5 mA. Es importante que la suma de todos los pines de salida no supere la máxima corriente que puede entregar el microcontrolador que es 60 mA. En este caso, son dos salidas de 5 mA, que equivale a 10 mA que es mucho menor que la corriente limite. 3.1.5 Registros del Puerto PTB0, PTB1, PTB2 y PTB3 Se repiten los mismos registros que para los puertos A, pero esta vez hacen referencia a los puertos B y deben ser configurados de la siguiente manera, para que PTB0, PTB1, PTB2, y PTB3 sean entradas. Registro PTBD: 00000000 Registro PTBDD: 00000000 44 Registro PTBPE: 00001111 Registro PTBSE: 00000000 Registro PTBDS: 11111111 3.1.6 Otro registro Registro SOPT1 El MCU incluye un registro de 5 bits denominado SOPT1 el cual sirve para modificar ciertas características de funcionamiento del COP Watchdog, el modo ahorrativo de energía “STOP”, el modo “background” y sobre la activación de la función “reset”. Se configura este registro es la siguiente: 11010010 para cumplir con las funcionalidades deseadas. En la figura 3.5 se muestra la configuración de este registro. Figura 3. 17 Registro SOPT1 Nótese en la Figura 3.17 que este registro no necesita ser configurarlo pues después del POR (“Power On Reset”) se configura automáticamente a valor que se indicó arriba. No obstante, resulta importante explicar la función de cada bit de este registro: COPE = 1: Habilita el COP Watchdog, que produce un Reset del sistema en caso de que el dispositivo falle por razones de software. COPT=1: Selecciona un largo período de tiempo del COP (con 0 el período de tiempo sería corto) 45 STOPE=0: El modo de STOP que se utiliza para ahorrar potencia está desactivado. BKGDPE=1: El pin número dos funciona como Backgroud Debug que es por medio de esta función que se descarga el programa de la computadora a la memoria FLASH del MCU. RSTPE=0: El pin número uno no funciona como Reset, a diferencia de si este bit estuviese en 1. 3.2 Diagrama de flujo La programación del software consiste en la implementación de un programa principal, y dos subrutinas de interrupción activadas por hardware. Programa Principal El programa principal es el que contiene la rutina de revisar el estado de los pulsadores. Esta revisión se debe hacer cada cierta cantidad de tiempo (0,5 s), y no constantemente, porque si este fuera el caso, la luz pasaría de estar totalmente apagada a completamente encendida en un período de tiempo extremadamente corto, es decir, bastaría pulsar un botón por un instante, para que la luz cambie completamente de estado. El tiempo de 0,5 segundos se escogió experimentalmente a través de pruebas con diferentes valores para ver cual se ajustaba mejor a un incremento moderado de la intensidad de la luz. Este es un valor constante en el programa y para editarla habría que modificar el código de programa. La revisión del estado de pulsadores consiste en tomar alguna de las siguientes acciones requeridas: 46 Si el pulsador de aumento de luz está oprimida, la luz se intensifica en un 1%. Es importante notar que si la intensidad de luz debe aumentar en un 1%, solamente hay que atrasar el momento en que se presenta el pulso de disparo en una única interrupción. Esto debido a lo explicado en el Registro MTIMMOD del módulo del temporizador. Si el pulsador de disminución de luz está oprimido, la intensidad lumínica se atenúa en un 1%. Si ambos pulsadores están oprimidos simultáneamente y la luz está encendida, la luz se apaga totalmente en forma de rampa. Si ambos pulsadores están oprimidos simultáneamente y la luz está apagada, la luz se enciende al último nivel que esta haya estado encendida, lo hace en forma de rampa. Entonces, en el programa principal se revisa el estado de los pulsadores y se guarda en memoria el nuevo valor del ángulo de disparo. Pero este ángulo de disparo no es implementado hasta que llega la interrupción de temporización. En primera instancia, sin embargo, se presentan las tareas de la subrutina de atención al comparador analógico, invocada cuando la señal de la red eléctrica cruza por cero. Subrutina de atención al comparador analógico Se carga el nuevo valor de ángulo de disparo que se actualizó en el programa principal al revisar el estado de los pulsadores, y se guarda como el valor final al cual el temporizador debe contar. Es decir, que guarda el ángulo de disparo como la 47 cantidad de interrupciones que deben presentarse hasta producir un pulso de disparo. Se lleva a 0 el contador del temporizador para que empiece el conteo desde este valor. El registro MTIMMOD debe ponerse en 0 para que reinicie el contador. Se indica que únicamente se puede producir un pulso de disparo cada medio ciclo. Ahora se procede a explicar la subrutina de interrupción por tiempo. Subrutina de interrupción por tiempo Implementar el contador de 0,5 s para que sólo se revise el estado de los pulsadores cada esta cantidad de tiempo. Esto se logra poniendo un contador que se incremente cada vez que se presenta una interrupción. Luego de 255 veces (parte baja del contador) por 25 repeticiones (parte alta del contador), se tiene: 255*25*0,0825ms=525 ms. Cargar el valor que fue guardado en la subrutina de cruce por cero como: “el valor final al cual el temporizador debe contar”, y compararlo con la cantidad de tiempo que ha pasado desde que se produjo el cruce por cero de la red eléctrica. Si el tiempo ya se ha cumplido la salida cambia de estado. Esto sirve para producir el pulso de disparo, pero con esto solamente se tiene el flanco positivo del pulso, falta cerrar este con el flanco negativo. Implementar un nuevo contador, encargado de contar 2% del periodo de tiempo que tiene medio ciclo de la señal de la red eléctrica (0,1667 ms). Para contar este 2% del medio ciclo de la red eléctrica, solamente hay que contar que se produzcan dos interrupciones de 0,0825 ms. 48 Una vez transcurrido el tiempo de 0,1667 ms cambiar nuevamente el estado de la salida para cerrar el pulso de disparo que va a disparar el TRIAC. Seguidamente se ilustra el diagrama de flujo: 49 Figura 3. 18 Diagrama de flujo sección 1 50 Figura 3. 19 Diagrama de flujo sección 2 51 Figura 3. 20 Diagrama de flujo sección 3 52 Figura 3. 21 Diagrama de flujo sección 4 53 Figura 3. 22 Diagrama de flujo sección 5 54 Figura 3. 23 Diagrama de flujo sección 6 55 Figura 3. 24 Diagrama de flujo sección 7 56 3.3 Implementación del programa Freescale brinda el sistema de desarrollo denominado CodeWarrior, que permite programar el código que se va a descargar en la memoria FLASH del MCU. Resulta muy útil este producto de Freescale, pues existe mucha documentación sobre la forma de utilizarlo. Además CodeWarrior cuenta con la herramienta Proccesor Expert que configura de manera automática los periféricos, puertos y registros para que estos puedan ser utilizados. Se programó en lenguaje ensamblador el código de programa. Luego se descargó el programa en la placa DEMO9S08QG8GUG, para verificar el correcto funcionamiento de cada una de las especificaciones. Cuando el programa estuvo depurado se programó el MCU de la placa de aplicación final. 57 4 CAPITULO 4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 4.1 Conclusiones Se entendió la arquitectura del microcontrolador MC9S08QG8. Se aprendió a utilizar el sistema de desarrollo CodeWarrior. Se diseñó e implementó el código de programa. Se participó en el diseño y desarrollo del hardware del dispositivo. Se montó un prototipo del producto y verificó su correcto funcionamiento. Se estudió el funcionamiento del programa Eagale versión 5.11. Se desarrolló el circuito impreso del Dimmer en el programa Eagle. Se contactó a los proveedores para suplirse de los elementos necesarios. Se implementó el dispositivo final en el circuito impreso. Se llevó el proyecto a una terminación del producto final. 4.2 Recomendaciones Etiquetar con nombre las posiciones de memoria utilizadas en el programa, como variables y parámetros. Ampliar el funcionamiento del dispositivo, para que no solo tenga la función de un atenuador de luz con apagado y encendido automático. Sino que tenga la funcionalidad de realizar un control de escenas. Con la propiedad de poder llevar la intensidad de luz a un valor deseado y almacenar ese nivel en memoria, para que posteriormente solo se recargue y el escenario quede presentado con los valores previamente asignados. 58 5 BIBLIOGRAFÍA 1. Camden electronics ltd. (2000). Vertical Box for Din Rail. 2. Freescale Semiconductor, Inc. (2006). Application Module Student Learning Kit Users Guide featuring the Freescale MC9S08QG8. 3. Freescale Semiconductor, Inc. (2009). MC9S08QG8 Data Sheet. 4. Freescale Semiconductor, Inc. (2009). Processor Expert. 5. Freescale Semiconductor, Inc. (2009). Processor Expert and Device Initialization User Guide. 6. Turner, J. (abril de 2010). Board Certified. IEEE Spectrum. 59 APÉNDICE 60 61 APENDICE A: MEMORIA DE CÁLCULO A.1 Detección de Cruce por Cero Se va a utilizar una resistencia para limitar la corriente. Si se quiere que por los diodos circulen máximo 0,6 mA, por lo tanto: √ (A.1) (A.2) Se escoge el valor comercial de 270 kΩ que es un valor cercano al calculado en la ecuación A.2. Entonces la corriente circulando a través de esta resistencia sería de 0,62 mA. Por otra parte, va a disipar una potencia dada por: √ (A.3) Por lo tanto se escoge una resistencia de 270 kΩ, de 1/4 de W. Para los diodos “clamping” se van a utilizar el número de parte 1N4148, 100 V, 200 mA. Con esto dicho, ya se tienen los cálculos para obtener la señal que otorga los cruces por cero de la onda de la red eléctrica. Luego para en el otro pin del comparador analógico se tiene: (A.4) Además si se desea que la corriente que demandada por el divisor de voltaje de 1 mA, entonces se tiene: 62 Es importante calcular cual es el mínimo ángulo de disparo que se puede tener: Sea: (A.5) √ Con , y para | | ( : √ ) (A.6) (A.7) Al pasarlo a grados: (A.8) Por lo tanto: (A.9) Este es mínimo ángulo de disparo. A.2 Convertidor AC/DC Para determinar los valores de los elementos, se debe suponer un valor adecuado en el caso máximo de Vx. Tómese Vx=32 V que es un voltaje considerablemente mayor que los 24V deseados en la fuente de alimentación .Luego, por el divisor de tensión: √ Recordando que: (A.10) 63 (A.11) Seguidamente, se escoge utilizar una capacita C4 de 22 uF, que es lo suficientemente alta para que la impedancia de entrada sea baja, y de esta manera no se limita la corriente de entrada al circuito. Entonces, al considerar una frecuencia de 60 Hz: (A.12) Está capacitancia C4 debe ser de más de 200 V para soportar los voltajes de la red eléctrica y debe ser de tipo no electrolítica. El siguiente elemento a escoger es la capacitancia C1, la cual se desea que tenga un valor alto para eliminar grandes cantidades del rizado y tener un componente DC más elevado. Así se escoge un C1 de 47 uF, donde al considerar una frecuencia de 120Hz por el ser rectificación de onda completa se tiene: (A.13) Basta con que esta capacitancia C1 sea de 35 V y de tipo electrolítica. Nótese que ya se tiene los valores de , finalmente se despeja de la ecuación A.17 y se encuentra que: (A.14) Se escoge una resistencia R1 de 7,4 kΩ que es un valor próximo al calculado anteriormente. Para 7400Ω el Vx máximo corresponde a: 32,008 V. Además la potencia que disipa esta resistencia viene dada por: (A.15) 64 ( ) Por lo tanto se escoge una resistencia de 0,5 W de 4,7 k . Finalmente, para rectificar la señal se va a utilizar un puente de diodos que soporte los 167,9 V de la red eléctrica, por lo tanto se escoge el DF02MA que tiene capacidad para 200V y 1 A. A.3 Fuente de tensión de 24 V Ya se decidió que Vx tiene un máximo de 32 V, y su nivel DC es muy cercano a este debido al capacitor C1 que elimina gran parte del rizado. Pero como se quiere tener una excelente regulación de línea y carga, se procede a implementar la fuente con un diodo zenner de 24 V. (A.16) La corriente máxima que pasa por cada pulsador y se dirige al MCU es de 5 mA, y como esta fuente va a manejar 4 pulsadores, se tendrá la siguiente corriente de carga máxima: (A.17) Por otra parte, la corriente máxima en el zenner se presenta cuando la corriente de carga es mínima (0 A). Entonces: (A.18) Escogiendo el diodo Zenner 1N5934B que tiene un se tendrá: (A.19) 65 Se escoge una resistencia cercana a este valor: (A.20) Por otra parte, se tiene que la potencia que disipa esta resistencia es: (A.21) ( ) ( ) Se escoge una resistencia de 270 Ω y de 2 W. Además se debe determinar la potencia que disipa el zenner, y ésta viene dada por: (A.22) Se escoge el diodo Zenner 1N5934B para 3 W. A.4 Fuente de tensión de 3 V Esta fuente va a estar manejando una corriente de carga dada por: (A.21) Corriente de entrada al photodrlington 4N33: 2 mA Corriente de entrada al optotriac MOC3023: 5 mA Corriente de entrada al MCU a través Vcc: 5 mA (A.22) 66 Entonces se escoge diseñar la fuente de 3 V para una corriente de carga máxima de 35 mA para tener un margen de seguridad y además de permitir una posible ampliación del circuito. Primeramente se desarrollará una fuente utilizando un diodo zenner que permita obtener 3,9 V, y luego se va a implementar el regulador. Pero antes se va a colocar un diodo zenner para reducir la diferencia de potencial en R4 y disminuir el voltje de “dropout” del regulador. Se elige que el voltaje en este zenner sea de 15 V, con un número de parte 1N5929BG con . Luego, si se desprecia el rizado: (A.23) Además hay que considerar el voltaje de “dropout” del regulador LP2950: máximo y se quiere que: (A.24) Por lo tanto . Utilizando el diodo zenner NZX3V9A se tiene que: (A.25) Entonces: (A.26) Y se escoge un valor comercial de 270 Ω. Por otra parte hay que calcular la potencia disipada: 67 ( ) (A.27) Entonces se va a utilizar una resistencia de 270 Ω, 2 W, 5%. Hay que considerar la potencia disipada del zenner de 15 V, que viene dada por: (A.28) El zenner 1N5929BG es para 3 W, entonces no se presenta ningún problema. A continuación se calcula la potencia disipada del diodo zenner de 3 V: (A.29) El zenner NZX3V9A es para 0,5 W por lo tanto no hay ningún inconveniente. Finalmente hay que calcular la potencia disipada del regulador LP2950, entonces: (A.30) (A.31) Entonces: (A.32) Suponiendo un temperatura ambiente de 40 °C. Se tendría: (A.33) Como para LP2950 el sobrecarga térmica. se puede concluir que no es necesaria la protección de 68 Se utilizara una capacitancia de 1 uF a la entrada del regulador, y otra capacitancia de 0,1 uF a la salida del LP2950. A.5 Interfaz de entradas digitales Se van a manejar 5 mA para el IRLED, dado que el 4N33 tiene un CTR>500% y se requiere . Entonces: (A.34) En donde: =5 mA (A.35) Si se toma un valor estándar de 4,7 kΩ se tiene: (A.36) Falta calcular la potencia disipada que viene dada por: (A.37) Entonces se escoge una resistencia de 4,7 KΩ, 1/4 W, 5%. Luego, como se quiere una corriente de colector de 1 mA y con un : 69 (A.38) (A.48) Además la potencia disipada que viene dada por: (A.39) A.6 Interfaz de potencia: Se comienza por realizar la selección paramétrica del TRIAC y el disipador. Se busca que cada de grupo de luces sea capaz de manejar una carga de 300 W, 120 Vrms, y un corriente de 3 Arms. Como se quiere disminuir el tamaño del disipador se elige un TRIAC con un corriente RMS de 12 A, siendo el número de parte BTA312X-600D para Además que Entonces, para , ambiente de 30 y . se tiene que sin180 . Además ) y asumiendo una temperatura (tomando se tiene el siguiente diagrama ilustrado en la Figura A.1: Figura A. 1 (A.40) Además: 70 (A.41) (A.42) Se escoge el disipador 53074B00000G de AAVID THERMALLOY que tiene una: (A.43) Entonces a plena carga y con temperatura ambiente de 30 se tendr a: (A.44) Por otro lado para un corriente típica del 50% de la capacidad máxima: 150 W, 1,25 A, =1,8 W. Se obtendría: (A.45) Se procede a seleccionar el optotriac y para esto hay que considerar que debe tener un voltaje de ruptura mayor o igual a 300 V y una corriente de transporte mayor a 5mA ( ). Por otra parte, es imperativo que pues es la corriente dispuesta para IRLED. Además debe ser del tipo “non zero crossing detection”. Se elige el MOC3023 con , , , se ilustra en la Figura A.2 mostrada a continuación: . Donde el modelo de pulso de 71 Figura A. 2 De donde se tiene: √ ∫ Con: (A.46) √ ∫ (A.47) √ (A.48) 72 Dónde: √ (A.49) (A.50) Entonces se va a trabajar con una corriente cuando el ángulo de disparo sea en . Además el peor caso se tendrá √ , √ . De esta manera: (A.51) (A.52) Se escoge el valor comercial de 330Ω, para la cual la cual es muy inferior a Es importante calcular la corriente disipada por esta resistencia que viene dada por: (A.53) Entonces se escoge un resistencia de 330 Ω, 1/4 de W. Se debe verificar el funcionamiento del TRIAC para ángulos cercanos a 0 y 180 . En la Figura A.3 se muestra la conexión del TRIAC: 73 Figura A. 3 En donde: Entonces es posible calcular el m nimo voltaje A (entre las terminales “main terminals”) para mantener en estado de encendido el TRIAC. (A.54) Sea: (A.55) Con √ , y para | | : ( √ ) (A.56) (A.57) 74 Al pasarlo a grados: (A.58) Por lo tanto: (A.59) Esto quiere decir, que el rango de valores del ángulo de disparo va de 2 hasta los 178 . Por otra parte, para calcular la resistencia que está conectada al ánodo del IRLED hay que considerar que se quiere que la corriente que entra al optotriac sea de 5 mA, entonces se tiene: (A.60) En donde: : es la caída de tensión en el IRLED : es el voltaje en estado bajo en el puerto de salida del microcontrolador : es la corriente que pasa por el IRLED Como se escogió el MOC3023 se tiene: (A.61) Hace falta calcular la potencia disipada por esta resistencia: (A.62) Se escoge una resistencia de 200 Ω, 1/4 de W.