Estudio Preliminar Del Sistema

ESTUDIO PRELIMINAR DEL SISTEMA

Una Empresa de Telecomunicac Telecomunicaciones, iones, que brinda los servicios de Televisión Televisión Satelital, Satelital, ha observado y analizado que la orientación manual de las antenas parabólicas de recepción vía satélite, posee una pequeña deficiencia y una gran incomodidad para el usuario, ya que al querer señalizar un satélite se deben de hacer entre dos personas; la que maneja el receptor  y el de la manivela.

A fin de realizar un buen funcionamiento de dicha Empresa, se propone la automatización de un sistema manual de una antena parabólica.

Para este sistema de Información es necesario tomar en cuenta los aspectos referidos a software y hardware. Referente al software se realizara un programa capaz de manejar datos y almacenarlos almacenarlos,, también también deberá realizar el posicionamie posicionamiento nto de la antena Parabólica, Parabólica, según requiera el usuario final. En cuanto al hardware, esta es la base fundamental del sistema, pues se debe

imple implement mentar ar esta localizaci localización ón (POSICIO (POSICIONAM NAMIEN IENTO). TO). utiliz utilizando ando un

microcontrolador, ya que tomando características adecuadas de programación, realizará la acción requerida para lograr dicho propósito. MARCO TEORICO

Como todo sistema controlado o automatizado destaca la medición y manipulación de una varia variabl ble, e, la cual cual será será anali analiza zada da con con sumo sumo cuidad cuidado o para para trat tratar ar de manej manejar arla la,, leer leerla la y monitorearla monitorearla adecuadamente. adecuadamente. En este caso nuestra variable será la precisión precisión con relación relación a la ubicación.

El func funcio iona nami mien ento to de este este actu actuad ador or o posi posici cion onad ador or esta esta tota totalm lmen ente te regi regido do por por el microcontrolador, aunque se deben tomar en cuenta sus etapas, como la de potencia, de codificación y de control. La etapa de codificación es la primera, ya que es la que le va a dar  el direc direcci cion onam amie ient nto o codi codifi fica cado do a el micr microco ocont ntro rola lador dor,, este este a su vez vez hará hará el cont control rol de localización del satélite automáticamente, por lo que es la etapa mas importante y su etapa de potencia que es la interface entre el microcontrolador y el motor de la antena parabólica.

Se pretende controlar la posición angular de una antena parabólica de acuerdo a una referencia dada, actuando sobre la tensión de alimentación del motor, que mueve la antena.

El sistema esquematizado puede verse en la figura 1.1

COMPONENTES ELECTRONICOS DEL HARDWARE

MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA El moto motorr de corr corrien iente te cont contin inua ua es una una máqu máquin ina a que que conv convier ierte te la energía energía eléctrica eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotatorio. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales.

Esta máquina de corriente corriente continua continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones aplicaciones de control control y automatizaci automatización ón de procesos. Los motores motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micro motores, etc.) La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga.

Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos parte partes, s, un estat estator or que que da sopo soport rte e mecá mecáni nico co al apara aparato to y tien tiene e un hueco hueco en el cent centro ro generalmente de forma cilíndrica. En el estator además se encuentran los polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor  es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, al que llega la corriente mediante dos escobillas.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Según la Ley de Lorentz, Lorentz, cuando un conductor por el que pasa una corriente eléctrica se sumerge en un campo magnético, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la corriente, siguiendo la regla de la mano derecha, derecha, con módulo

F: Fuerza en newtons I:

Intensidad que recorre el conductor en amperios

l:

Longitud del conductor en metros lineales B: Inducción en teslas

Si el conductor está colocado fuera del eje de giro del rotor, la fuerza producirá un momento que hará que el rotor gire.

El rotor no solo tiene un conductor, sino varios repartidos por la periferia. A medida que gira, la corriente se activa en el conductor apropiado. Normalmente se aplica una corriente con sentido contrario en el extremo opuesto del rotor, para compensar la fuerza neta y aumentar el momento. MICROCONTROLADOR

El fabricante Atmel Corporation tiene una familia de microcontroladores de 8 bits basados en la arqui rquittect ectura ura de la MCS-5 CS-51. 1. Una Una de las las cara caract cter erís ístticas icas más más rele releva vant ntes es de los microcontroladores de este fabricante es que todos ellos tienen memoria interna flash. Estos microcontrola microcontroladores dores tienen un precio más reducido reducido que los microcontrola microcontroladores dores con memoria memoria interna EPROM. Las características generales de estos microcontroladores son:

- Memoria interna flash para programas. - Memoria RAM interna. - Patillas bidireccionales de I/O accesibles bit a bit. - Varios temporizadores/ contadores de 16 bits. - UART Full-Duplex . - Múltiples fuentes de interrupción. - La versión AT89S tiene 2K de memoria EEPROM interna, una interfaz SPI de bus serie y un temporizador de Watchdog .

Arquitectura interna de la MCS-51

La figura figura se muestr muestra a el diagram diagrama a general general de bloque bloques s para los microc microcont ontrola roladore dores s de la familia MCS- 51. De esta arquitectura cabe resaltar el área de registros especiales y el direccionamiento de la memoria interna.

El núcleo del microcontrol microcontrolador ador está formado formado por la unidad de control, control, la unidad aritméticoaritméticológica (ALU), el registro de estado (PSW), el acumulador y el contador de programa (PC). Este último es un registro de 16 bits que se utiliza como puntero hacia la memoria de programas y su valor apunta siempre a la dirección de memoria que contiene la instrucción a ejecutar. Cabe destacar, en esta figura, la importancia del acumulador, puesto que interviene en la mayor parte de las instrucciones, sobre todo en las instrucciones aritméticas.

La familia MCS-51 tiene cuatro puertos: P0, P1, P2 y P3. Los puertos son de 8 bits, y cada bit puede puede ser conf config igur urado ado de forma forma indiv individ idua uall como como entr entrada ada o como como sali salida da (E/S (E/S), ), siend siendo o transparente para el programador.

En la figura 3.1 aparecen, además, un bloque que representa la memoria RAM interna, con la cual opera el puntero de la pila (SP, Stack Pointer ), ), el área de registros especiales (SFR) y el puerto P3, que soporta las siguientes funciones alternativas: puerto de comunicación serie asíncrona, interrupciones externas, el control de lectura y escritura de la memoria externa de datos y las entradas de los temporizadores/contadores de la familia. El puerto P1 en las versiones 8X51C51FX soporta las entradas y salidas del array  de contadores contadores programable programable PCA.

Relación de las Terminales

- VCC: tensión de alimentación: +5V.

- VSS: terminal de masa.

- P0.0, P0.1. P0.7: puerto bidireccional bit a bit de E/S P0. P0 puede soportar el byte bajo del bus de direcciones y el bus de datos mediante una multiplexación temporal en el caso de tener que utilizar memoria externa (AD0,..., AD7).

- P2.0, P2.1. P2.7: puerto bidireccional bit a bit de E/S P2. P2 puede soportar el byte alto del bus de direcciones (A8,., A15) en el caso de tener que utilizar memoria externa.

- P1.0, P1.1. P1.7: puerto bidireccional bit a bit de E/S P1. P1 es un puerto de propósito general, aunque para aquellas versiones que tienen 3 temporizadores, los terminales P1.0 y P1.1 P1.1

real realiz izan an

las las

funci uncion ones es

alt alterna ernattivas ivas

T2

y

T2EX T2EX

del del

temp tempor oriz izad ador  or  Timer2 ,

respectivamente. El puerto en las versiones con array  de contadores contadores programable PCA soporta las entradas y salidas de ésta. Los terminales P1.3, P1.4, P1.5, P1.6, P1.7 son las entradas/salidas, CEX0, CEX1, CEX2, CEX3 y CEX4, de la PCA, respectivamente (tabla 3.1). Estos terminales actúan como entradas de los módulos 0, 1, 2, 3 y 4 de la PCA cuando trabaja en modo captura, respectivamente, y como salidas de los mismos módulos cuando la PCA trabaja en modo comparación y en modulación de anchura de pulsos (PWM).

- P3.0, P3.1. P3.7: puerto bidireccional bit a bit de E/S P3. P3 es un puerto de propósito general; no obstante soporta las funciones especiales más importantes de la familia MCS-51, como como las las seña señale les s TXD TXD y RXD RXD del del puer puerto to de comu comuni nica caci ción ón seri serie, e, las las entr entrad adas as de interrupción /INT0 y /INT1, las entradas externas T0 y T1 de los temporizadores y las señales de lectura y escritura en memoria externa de datos /RD y /WR, respectivamente (tabla 3.1).

- ALE/(/PROG): este terminal (ALE,  Addres Latch Enable) permite deshacer la multiplexación temporal entre el byte bajo del bus de direcciones y el bus de datos, realizada en el puerto P0. La señal ALE suele conectarse a la señal de reloj de un latch de 8 bits, como por ejemplo el 74373, que permite deshacer la multiplexación. En las versiones de la familia con memoria de programa interna EPROM o OTPROM, este terminal se emplea en modo /PROG en la fase de programación de la memoria.

- /PSEN: /PSEN: este terminal terminal (/PSEN, Program Store Enable) se activa a 0 lógico cuando el microcontrolador accede a la memoria externa de programas y se pone a 1 lógico en caso contrario. - (/EA)/VPP: este terminal (/EA, External Acces) colocado a 1 lógico (Vcc) hace que el microcontrolador ejecute el código almacenado en la EPROM, OTPROM o ROM internas. Si se coloca a .0. (masa), el microcontrolador ejecuta el código de programa de la memoria externa de programas, y activa el bus de direcciones, el bus de datos y las señales de control. Como VPP, el terminal se utiliza para proporcionar la tensión de programación necesaria de la memoria EPROM o OTPROM interna.

- RESET: este terminal terminal cuando se pone a .1. reinicializa reinicializa el microcontrola microcontrolador, dor, poniendo el contador contador de programa programa (PC) a 0000H, el puntero de la pila (SP) a 07H, todos los puertos (P0 a P3) a FFH y la mayoría de los registros a cero.

-XTAL1, XTAL2: estos terminales terminales son la entrada entrada de la señal de reloj del microcontrol microcontrolador. ador. Puede utilizarse un resonador cerámico o un cristal de cuarzo (figura 3.3); aunque, también se puede utilizar una señal de reloj externa.

FOTORESISTENCIA

Una fotorre fotorresis sisten tencia cia es un componente componente electrónico electrónico cuya resistencia dism disminu inuye ye con con el aume aument nto o de inte intens nsid idad ad de luz inci incide dent nte. e. Puede Puede tamb tambié ién n ser llam llamad ado o foto fotorre rresi sist stor, or, fotocon fotoconduct ductor, or, célula célula fotoel fotoeléct éctric rica a o resist resistor or dependi dependient ente e de la luz, cuya siglas siglas,, LDR, LDR, se originan de su nombre en inglés light-dependent resistor . Su cuerpo está formado por una célula o celda y dos patillas. En la siguiente imagen se muestra su símbolo eléctrico. El valor  de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en él (puede descender  hasta 50 ohms) y muy alto cuando está a oscuras (varios megaohmnios). Características Un fotorre fotorresis sistor tor está hecho hecho de un semiconductor  de alta resistencia como el sulfuro de cadmio, cadmio, CdS. Si la luz que incide incide en el disposit dispositivo ivo es de alta frecuencia, frecuencia, los fotones son absorbidos absorbidos por la elasticidad elasticidad del semiconductor dando semiconductor  dando a los electrones la suficiente energía para saltar la banda de conducción. conducción. El electrón libre que resulta, y su hueco asociado, conducen la electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia. resistencia. Los valores típicos varían entre 1 MΩ, o más, en la oscuridad y 100 Ω con luz brillante. Las célu célula las s de sulf sulfuro uro del cadmio cadmio se basa basan n en la capaci capacida dad d del del cadmio de variar su resistencia según la cantidad de luz que incide la célula. Cuanto más luz incide, más baja es la resist resistenc encia ia.. Las célul células as son tamb tambié ién n capac capaces es de reacci reacciona onarr a una ampl amplia ia gama gama de frecuencias, incluyendo infrarrojo (IR), luz visible, y ultravioleta (UV).

La variación del valor de la resistencia tiene cierto retardo, diferente si se pasa de oscuro a iluminado iluminado o de iluminado iluminado a oscuro. Esto limita limita a no usar los LDR en aplicaciones aplicaciones en las que la señal luminosa varía con rapidez. El tiempo de respuesta típico de un LDR está en el orden de una décima de segundo. Esta lentitud da ventaja en algunas aplicaciones, ya que se filtran variaciones variaciones rápidas rápidas de iluminación iluminación que podrían hacer inestable inestable un sensor (ej. tubo fluorescente alimentado por corriente alterna). En otras aplicaciones (saber si es de día o es de noche) la lentitud de la detección no es importante. Se fabrican en diversos tipos y pueden encontrarse encontrarse en muchos artículos artículos de consumo, como por ejemplo en cámaras, cámaras, medidores de luz, relojes con radio, alarmas de seguridad o sistemas de encendido y apagado del alumbrado de calles. POTENCIOMETRO

Un potenci potencióme ómetro tro es un resistor  cuyo valor de resistencia puede ser ajustado. De esta manera, manera, indirec indirectam tament ente, e, se puede puede control controlar ar la intensidad intensidad de corriente corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie. Normalmente, los potenciómetros se utilizan en circuitos de poca corriente. Para circuitos de corrientes mayores, se utilizan los reostatos, reostatos, que pueden disipar más potencia. Tipos Según su aplicación se distinguen varios tipos: Potenciómetros de mando. Son adecuados para su uso como elemento de control en los aparatos electrónicos. El usuario acciona sobre ellos para variar los parámetros normales de funcionamiento. Por ejemplo, el volumen de una radio. Potenciómetro Potenciómetros s de ajuste. ajuste. Controlan Controlan parámetros parámetros preajustados, preajustados, normalmente normalmente en fábrica, fábrica, que el usuario no suele tener que retocar, por lo que no suelen se accesibles desde el exterior. Exis Ex iste ten n tant tanto o enca encaps psul ulad ados os en plás plásti tico co como como sin sin cáps cápsul ula, a, y se suel suelen en dist distin ingu guir  ir  potenciómetros de ajuste vertical, cuyo eje de giro es vertical, y potenciómetros de ajuste horizontal, con el eje de giro paralelo al circuito impreso. Según la ley de variación de la resistencia R = ρ(θ): Potenciómetros lineales. La resistencia es proporcional al ángulo de giro. Logarítmicos. La resistencia depende logarítmicamente del ángulo de giro. Sinusoidales. Sinusoidales. La resistencia es proporcional proporcional al seno del ángulo de giro. Dos potenciómetr potenciómetros os sinusoidales solidarios y girados 90° proporcionan el seno y el coseno del ángulo de giro. Pueden tener topes de fin de carrera o no.

Antilogarítmicos. En los potenciómetros impresos la ley de resistencia se consigue variando la anchura de la pista resistiva, mientras que en los bobinados se ajusta la curva a tramos, con hilos de distinto grosor. Potenci Potencióme ómetro tros s multiv multivuelt uelta. a. Para un ajuste ajuste fino fino de la resiste resistenci ncia a existe existen n potenci potencióme ómetros tros multivuelta, en los que el cursor va unido a un tornillo desmultiplicador, de modo que para completar el recorrido necesita varias vueltas del órgano de mando. Tipos de potenciómetros de mando Potenciómetro Potenciómetros s rotatorios. rotatorios. Se controlan girando su eje. Son los más habituales habituales pues son de larga duración y ocupan poco espacio. Potenciómetros deslizantes. La pista resistiva es recta, de modo que el recorrido del cursor  también lo es. Han estado de moda hace unos años y se usa, sobre todo, en ecualizadores gráficos, gráficos, pues la posición de sus cursores representa la respuesta del ecualizador. ecualizador. Son más frágiles que los rotatorios y ocupan más espacio. Además suelen ser más sensibles al polvo. Potenciómetros múltiples. Son varios potenciómetros con sus ejes coaxiales, de modo que ocupan muy poco espacio. Se utilizaban en instrumentación, autorradios, etc.

AMPLIFICADOR OPERACIONAL Un ampl amplif ifica icador dor operac operacio iona nall (comú (comúnm nment ente e abrev abrevia iado do A.O. A.O. u op-am op-amp), p), es un circ circuit uito o electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) integrado) que tiene dos entradas y una salid salida. a. La sali salida da es la dife diferen renci cia a de las las dos entr entrada adas s mult multipl iplic icad ada a por por un fact factor or (G) (G) (ganancia):

Vout = G·(V + − V−) El primer amplificador operacional monolítico, que data de los años 1960, 1960, fue el Fairchild μA702 (1964), diseñado por  Bob Wi Widlar  dlar . Le siguió siguió el Fairchi Fairchild ld μA709 μA709 (1965), (1965), también también de

Widlar, y que constituyó un gran éxito comercial. Más tarde sería sustituido por el popular  Fairchild μA741(1968), de David Fullagar, y fabricado por numerosas empresas, basado en tecnología bipolar. Orig Origin inal alme ment nte e los los A.O. A.O. se empl emplea eaba ban n para para operaciones operaciones matemáticas matemáticas (suma, suma, resta, resta, multiplicación, multiplicación, división, división, integración, derivación, derivación, etc.) en calculadoras analógicas. De ahí su nombre. El A.O. ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada infinita, un ancho de banda también infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningún ruido. ruido. Como la impedancia de entrada es infinita también se dice que las corrientes de entrada son cero. Notación El símbolo de un MONOLITICO es el mostrado en la siguiente figura:

Los terminales son: V+: entrada no inversora V-: entrada inversora VOUT: salida VS+: alimentación positiva VS-: alimentación negativa

Las terminales de alimentación pueden recibir diferentes nombres, por ejemplo en los A.O. basados en FET VDD y VSS respectivamente. Para los basados en BJT son VCC y VEE. Norma Normalm lment ente e los los pine pines s de alim alimen enta taci ción ón son omit omitido idos s en los los diagr diagram amas as eléc eléctr tric icos os por  por  claridad. Tabla de Características Ideales y Reales Pará Paráme metr tro o Valo Valorr ideal ideal Valo Valorr real real Zi

∞

1 MΩ

Zo

Φ

100 Ω

Bw

∞

1 M Hz

Av

∞

100.000

Ac

Φ

Nota: Los valores reales dependen del modelo, estos valores son genéricos y son una referencia. Si vas a usar amplificadores operacionales, es mejor consultar el datasheet o características del fabricante.

Comportamiento en continua (DC) Lazo abierto Si no existe realimentación la salida del A. O. será la resta de sus dos entradas multiplicada multiplicada por un factor. Este factor suele ser del orden de 100.000 (que se considerará infinito en calculos con el componente ideal). Por lo tanto si la diferencia entre las dos tensiones es de 1V la salida debería ser 100.000V. Debido a la limitación que supone no poder entregar más tensión de la que hay en la alimentación, el A. O. estará saturado si se da este caso. Si la tens tensió ión n más más alta alta es la aplica aplicada da a la pati patill lla a + la salida salida será será la que que corre corresp spond onde e a la alimentació alimentación n VS+, mientras que si la tensión más alta es la del pin - la salida será la alimentación VS-. Lazo cerrado o realimentado Se conoce como lazo a la realimentación realimentación en un circuito. circuito. Aquí se supondrá supondrá realimentaci realimentación ón negativa. Para conocer el funcionamiento de esta configuración se parte de las tensiones en las dos entradas exactamente iguales, se supone que la tensión en la pata + sube y, por  tanto, la tensión en la salida también se eleva. Como existe la realimentación entre la salida y la pata -, la tensión en esta pata también se eleva, por tanto la diferencia entre las dos entradas se reduce, disminuyéndose también la salida. Este proceso pronto se estabiliza, y se tiene que la salida es la necesaria para mantener las dos entradas, idealmente, con el mismo valor. Siempre que hay realimentación negativa se aplican estas dos aproximaciones para analizar  el circuito: V+ = V- (lo que se conoce como principio del cortocircuito virtual ). ). I+ = I- = 0 Cuando se realimenta negativamente un amplificador operacional, al igual que con cualquier  circu circuit ito o ampl amplif ific icad ador, or, se mejo mejora ran n algu alguna nas s cara caract cterí eríst stic icas as del mism mismo o como como una una mayo mayor  r  impedancia en la entrada y una menor impedancia en la salida. La mayor impedancia de entrada da lugar a que la corriente de entrada sea muy pequeña y se reducen así los efectos de las perturbacione perturbaciones s en la señal de entrada. entrada. La menor impedancia impedancia de salida permite que el amplificador se comporte como una fuente eléctrica de mejores mejores característi características. cas. Además, Además, la señal de salida no depende de las variaciones en la ganancia del amplificador, que suele ser  muy variable, sino que depende de la ganancia de la red de realimentación, que puede ser  mucho más estable con un menor coste. Asimismo, la frecuencia de corte superior es mayor  al realimentar, aumentando el ancho de banda. banda.

Asimismo, cuando se realiza realimentación positiva (conectando la salida a la entrada no inversora inversora a través de un cuadripolo cuadripolo determinado) determinado) se buscan efectos efectos muy distintos. distintos. El más aplicado es obtener un oscilador para oscilador para el generar señales oscilantes. Comportamiento en alterna (AC) En principio la ganancia calculada para continua puede ser aplicada para alterna, pero a partir de ciertas frecuencias aparecen limitaciones. (Ver sección de limitaciones) limitaciones) Un ejemplo de amplificador operacional es el 741op Análisis Para analizar analizar un circuit circuito o en el que haya A.O. A.O. puede puede usarse usarse cualqu cualquier ier método, método, pero pero uno habitual es: Comprobar si tiene realimentación negativa Si tiene realimentación negativa se pueden aplicar las reglas del apartado anterior  Definir las corrientes en cada una de las ramas del circuito Aplicar el método de los nodos en todos los nodos del circuito excepto en los de salida de los amplificadores (porque en principio no se puede saber la corriente que sale de ellos) Aplicando las reglas del apartado 2 resolver las ecuaciones para despejar la tensión en los nodos donde no se conozca.

DIODO EMISOR DE LUZ

Diodo Diodo emisor emisor de luz, luz, tambié también n conoci conocido do como como LED (acrónimo (acrónimo del inglés de Light-Emitting  disposi ositi tivo vo semiconductor  (diodo) diodo) que que emit emite e luz luz incohe incohere rent nte e de espec espectr tro o Diode) es un disp reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN del mismo y circula por él una corriente eléctrica. eléctrica. Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia. electroluminiscencia. El color , depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo y puede variar desde el ultravioleta, ultravioleta, pasando por el visible, hasta el infrarrojo. infrarrojo. Los diodos emisores de luz que emiten luz ultravioleta también reciben el nombre de UV LED (UltraV iolet iolet Light-Emitting Diode) y los que emiten luz infrarroja se llaman IRED (Infra-Red Emitting Diode ).

Funcionamiento físico El funcionamiento físico consiste en que, en los materiales semiconductores, un electrón al pasar de la banda de conducción a la de valencia, pierde energía; esta energía perdida se puede manifestar en forma de un fotón desprendido, con una amplitud, una dirección y una fase fase aleat aleatori oria. a. El que que esa esa energ energía ía perdi perdida da cuan cuando do pasa pasa un elec electr trón ón de la banda banda de conducción conducción a la de valencia valencia se manifieste manifieste como un fotón desprendido desprendido o como otra forma de energía (calor por ejemplo) va a depender principalmente del tipo de material semiconductor. Cuando Cuando un diodo diodo semicon semiconduc ductor tor se polari polariza za directa directamen mente, te, los huecos de la zona p se mueven ven hacia la zona n y los electrones de la zona ona n haci acia la zona ona p; ambos desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el diodo. Si los electrones y huecos están en la misma región, pueden recombinarse, es decir, los electrones pueden pasar a "ocupar" los huecos, "cayendo" desde un nivel energético superior a otro inferior más estable. Este proceso emite con frecuencia un fotón en semiconductores de banda prohibida directa o "direct bandgap" con la energía correspondiente a su banda prohibida (véase semiconductor ). ). Esto no quiere decir que en los demás semiconductores (semiconductores ( semiconductores de banda prohibida prohibida indirecta o "indirect "indirect bandgap" bandgap") no se produzcan emisiones en forma de fotones; sin embargo, estas emisiones son mucho más probables en los semiconductores de banda prohibida directa (como el Nitruro de Galio) Galio) que en los semiconductores de banda prohibida indirecta (como el Silicio). Silicio). La emisión espontánea, por tanto, no se produce de forma notable en todos los diodos y sólo es visible en diodos como los LEDs de luz visible, que tienen una disposición constructiva especial con el propósito de evitar que la radiación sea reabsorbida por el material circundante, y una energía de la banda prohibida coincidente con con la corr corres espo pond ndie ient nte e al espe espect ctro ro visi visibl ble. e. En otro otros s diod diodos os,, la ener energí gía a se libe libera ra principalment principalmente e en forma de calor , radiación infrarroja o radiación ultravioleta. ultravioleta. En el caso de que el diod diodo o liber libere e la energ energía ía en form forma a de radia radiaci ción ón ultr ultravi aviol olet eta, a, se pued puede e conse consegu guir  ir  aprovechar esta radiación para producir radiación visible, mediante sustancias fluorescentes

o fosforescentes que absorban la radiación ultravioleta emitida por el diodo y posteriormente emitan luz visible.

Representación Representación simbólica del diodo LED. El dispositivo semiconductor semiconductor está comúnmente comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayo mayorr resi resist sten enci cia a que que las las de vidrio que que usua usualm lmen ente te se empl emplea ean n en las las lámparas incandescentes. incandescentes. Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya que ello no influye en el color de la luz emitida. Usualmente un LED es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, razón por la cual el patrón de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo [1]. [1]. Para obtener buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el LED; para ello, hay que tener en cuenta que el voltaje de operación va desde 1,8 hasta 3,8 voltios aproximadamente (lo que está relacionado con el material de fabricación y el color de la luz que emite) y la gama de intensidades que que debe debe circ circul ular ar por él varí varía a segú según n su aplicación. Valores típicos de corriente directa de polarización de un LED corriente están comprendidos entre los 10 y los 40 mA m A. En general, los LEDs suelen tener mejor eficiencia cuanto menor es la corriente que circula por ellos, con lo cual, en su operación de forma optimi optimizada zada,, se suele suele buscar buscar un comprom compromiso iso entre entre la intensi intensidad dad lumino luminosa sa que produce producen n (mayor cuanto más grande es la intensidad que circula por ellos) y la eficiencia (mayor  cuanto menor es la intensidad que circula por ellos).El primer  LED que emitía en el espectro visible fue desarrollado por el ingeniero de General Electric Nick Holonyak en 1962. 1962.

Compuestos empleados en la construcción de LED.

Compuesto

Color

Long. de onda

Arseniuro de galio (GaAs)

Infrarrojo

940 nm

Rojo e infrarrojo

890 nm

Arseni seniur uro o

de

gali alio

y

aluminio

(AlGaAs) [[Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP)

Rojo,

anaranjado

amarillo

y

630 nm

Fosfuro de galio (GaP)

Verde

555 nm

Nitruro de galio (GaN)

Verde

525 nm

Seleniuro de zinc (ZnSe)

Azul

Nitruro de galio e indio (InGaN)

Azul

450 nm

Carburo de silicio (SiC)

Azul

480 nm

Diamante (C)

Ultravioleta

Silicio (Si)

En desarrollo

Los primeros diodos construidos fueron los diodos infrarrojos y de color rojo, permitiendo el desarrollo tecnológico posterior la construcción de diodos para longitudes de onda cada vez menores. En particular, los diodos azules fueron desarrollados a finales de los 90 por  Shuji Nakamura, Nakamura, añadiéndose a los rojos y verdes desarrollados con anterioridad, lo que permitió —por combinación de los mismos— la obtención de luz blanca. El diodo de seleniuro de zinc puede emitir también luz blanca si se mezcla la luz azul que emite con la roja y verde creada por fotoluminiscencia por  fotoluminiscencia.. La más reciente innovación innovación en el ámbito ámbito de la tecnología tecnología LED son los diodos ultravioleta, que se han empleado con éxito en la producción de luz blanca para iluminar materiales fluorescentes.

Tanto los diodos azules como los ultravioletas son caros respecto de los más comunes (rojo, verde, verde, amari amarill llo o e infr infrar arroj rojo), o), sien siendo do por por ello ello menos menos empl emplea eados dos en las las aplic aplicaci acione ones s comerciales. CAPACITORES O CONDENSADORES En condensador es un dispositivo formado por dos placas metálicas separadas por un aislante llamado dieléctrico. Un dieléctrico o aislante es un material que evita el paso de la corriente. corriente. El símbolo del condensador es el siguiente:

El condensador o capacitor almacena energía en la forma de un campo eléctrico (es evidente cuando el capacitor funciona con corriente directa) directa) y se llama capacitancia o capacidad a la cantidad de cargas eléctricas que es capaz de almacenar  La capacidad depende de las características físicas del condensador: - Si el área de las placas que están frente a frente es grande la capacidad aumenta - Si la separación entre placas aumenta, disminuye la capacidad - El tipo de material dieléctrico que se aplica entre las placas también afecta la capacidad - Si se aumenta la tensión aplicada, se aumenta la carga almacenada

Dieléctrico o aislante La función del dieléctrico es aumentar la capacidad del condensador. Los difere diferente ntes s materia materiales les que se utiliz utilizan an como como dieléc dieléctri tricos cos tiene tiene diferen diferentes tes grados grados de permitividad. (diferente capacidad para el establecimiento de un campo eléctrico

Material Vacío Aire Polietileno Porcelana Mica Pentóxido Tántalo Cerámica

Permitividad relativa (Er) 1 1,0059 2,5 5...6 7 26 10 a 50000

Mientras mayor sea la permitividad, mayor es la capacidad del condensador  La capacitancia de un condensador está dada por la fórmula: C = Er x A / d

donde: - C = capacidad - Er = permitividad - A = área entre placas - d = separación entre las placas

La unidad de medida es el faradio. Hay submúltiplos como el miliFaradio (mF), microFaradio (uF), el nanoFaradio (nF) y el picoFaradio (pF) Las principales características eléctricas de un condensador son su capacidad o capacitancia y su máxima tensión entre placas (máxima tensión que es capaz de aguantar sin dañarse). TRANSISTOR El Trans Transis isto torr es un dispos disposit itiv ivo o electrónico semiconductor  que que cump cumple le func funcio ione nes s de amplificador , oscilador , conmutador o conmutador  o rectificador . El término "transistor" es la contracción en inglés de transf transfer er resisto resistorr ("resistencia ("resistencia de transferencia"). Actualmente se los encuentra prác prácti tica came ment nte e en todo todos s los los ense ensere res s domé domést stic icos os de uso uso diar diario io:: radi radios os,, tele televi viso sore res, s, grabadores, reproductores de audio y vídeo, hornos de microondas, lavarropas automáticos, autom automóv óvil iles es,, equip equipos os de refri refrige gerac ració ión, n, alar alarma mas, s, relo reloje jes s

de cuarz cuarzo, o, comp comput utado adoras ras,,

calcu calculad ladora oras, s, impr impres esora oras, s, lámp lámpar aras as fluo fluores resce cent ntes es,, equi equipos pos de rayos rayos X, tomó tomógra grafo fos, s, ecógrafos, reproductores mp3, celulares, etc.

El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente que forman dos uniones bipolares, el emisor que emite portadores, portadores, el colector que los recibe o recolecta y la tercera, que está intercalada entre las dos primeras, modula el paso de dich dichos os port portado adore res s (bas (base). e). A dife diferen renci cia a de las las válvu válvula las, s, el trans transis isto torr es un dispos disposit itiv ivo o controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada. En el diseño de circuitos a los los tran transi sist store ores s se les les consi consider dera a un elem element ento o acti activo, vo, a dife difere renci ncia a de los los resistores, resistores, capacitores e inductores que que son son elem elemen ento tos s pasi pasivo vos. s. Su funci funcion onam amie ient nto o sólo sólo puede puede explicarse mediante mecánica cuántica. De manera simplificada, la corriente que circula por el "colector" es función amplificada de la que se inyecta inyecta en el "emisor", pero el transistor sólo gradúa la corriente que circula a través de sí mismo, si desde una fuente de corriente continua se alimenta la "base" para que circule la carga por el "colector", según el tipo de circuito que se utilice. El factor de amplificación logrado entre corriente de base y corriente de colector, se denomina Beta del transistor.

Otros parámetros a tener en cuenta y que son particulares de cada tipo de transistor son: Tensiones de ruptura de Colector Emisor, de Base Emisor, de Colector Base, Potencia Máxima, disipación de calor, frecuencia de trabajo, y varias tablas donde se grafican los distintos parámetros tales como corriente de base, tensión Colector Emisor, tensión Base Emisor, Emisor, corriente corriente de Emisor, Emisor, etc. Los tres tres tipos tipos de esquema esquemas s básico básicos s para utilizaci utilización ón analógica de los transistores son emisor común, colector común y base común. Estructura atómica de los semiconductores semiconductores Las propie propiedad dades es eléctr eléctricas icas de un materi material al semico semiconduc nductor tor vienen vienen determ determinad inadas as por su estructura atómica. En un cristal puro de germanio o de silicio, los átomos están unidos entre sí en disposición periódica, formando una rejilla cúbica tipo diamante perfectamente regular. Cada átomo del cristal tiene cuatro electrones de valencia, cada uno de los cuales interactúa con el electrón del átomo vecino formando un enlace covalente. Al no tener los electrones libertad de movimiento, a bajas temperaturas y en estado cristalino puro, el material actúa como un aislante. Función de las impurezas Los cristales de germanio o de silicio contienen pequeñas cantidades de impurezas que conducen la electricidad, incluso a bajas temperaturas. Las impurezas tienen dos efectos dentro del cristal. Las impurezas de fósforo, antimonio o arsénico se denominan impurezas donantes porque aportan un exceso de electrones. Este grupo de elementos tiene cinco electrones de valencia, de los cuales sólo cuatro establecen enlaces con los átomos de germanio o silicio. Por lo tanto, cuando se aplica un campo eléctrico, los electrones restantes de las impurezas donantes quedan libres para desplazarse a través del material cristalino. Por el contrario, las impurezas de galio y de indio disponen de sólo tres electrones de valencia, es decir, les falta uno para completar la estructura de enlaces interatómicos con el cristal. Estas impurezas se conocen como impurezas receptoras, porque aceptan electrones de átomos vecinos. A su vez, las deficiencias resultantes, o huecos, en la estructura de los átomos vecinos se rellenan con otros electrones y así sucesivamente. Estos huecos se comportan como cargas positivas, como si se movieran en dirección opuesta a la de los electrones cuando se les aplica un voltaje.

Semiconductores de tipos n y p Un cristal de germanio o de silicio que contenga átomos de impurezas donantes se llama semiconductor negativo, o tipo n, para indicar la presencia de un exceso de electrones cargados negativamente. El uso de una impureza receptora producirá un semiconductor  positivo, o tipo p, llamado así por la presencia de huecos cargados positivamente. Un cristal sencillo que contenga dos regiones, una tipo n y otra tipo p, se puede preparar introduciendo las impurezas donantes donantes y receptoras receptoras en germanio germanio o silicio silicio fundido en un crisol en diferentes diferentes fases de formación formación del cristal. El cristal resultante resultante presentará dos regiones regiones diferenciadas diferenciadas de materiales tipo n y tipo p. La franja de contacto entre ambas áreas se conoce como unión pn. Tal unión se puede producir también colocando una porción de material de impureza donante en la superficie de un cristal tipo p o bien una porción de material de impureza receptora sobre un cristal tipo n, y aplicando calor para difundir los átomos de impurezas a través de la capa exterior. Al aplicar un voltaje desde el exterior, exterior, la unión pn actúa como un rectificador, rectificador, permitiendo que la corriente fluya en un solo sentido. Si la región tipo p se encuentra conectada al terminal positivo de una batería y la región tipo n al terminal negativo, fluirá una corriente intensa a través del material a lo largo de la unión. Si la batería se conecta al revés, no fluirá la corriente.

Funcionamiento del transistor  En un transis transistor tor se pueden pueden combin combinar ar dos unione uniones s para para obtene obtenerr amplif amplifica icació ción. n. Un tipo, tipo, llamado transistor de unión npn, consiste en una capa muy fina de material tipo p entre dos secciones de material tipo n, formando un circuito como el mostrado en la figura 2. El material material tipo n a la izquierda izquierda del diagrama diagrama representa el elemento emisor del transistor, que constituye la fuente de electrones. Para permitir el avance de la corriente a lo largo de la unió unión n np, np, el emiso emisorr tiene tiene un peque pequeño ño volta voltaje je nega negati tivo vo con con respe respect cto o a la capa capa tipo tipo p, o componente base, que controla el flujo de electrones. El material tipo n en el circuito de salida sirve como elemento colector y tiene un voltaje positivo alto con respecto a la base, para evitar la inversión del flujo de corriente. Los electrones que salen del emisor entran en la base, son atraídos hacia el colector cargado positivamente y fluyen a través del circuito de salida. La impedancia de entrada (la resistencia al paso de corriente) entre el emisor y la base es reducida, mientras que la impedancia de salida entre el colector y la base es elevada. Por lo tanto, pequeños cambios en el voltaje de la base provocan grandes cambios en la caída de voltaje a lo largo de la resistencia del colector, convirtiendo a este tipo de transistor transistor en un eficaz amplificador. amplificador. Similar Similar al tipo npn en cuanto a su funcionamiento, funcionamiento, el transistor de unión pnp dispone también de dos uniones y es equivalente al tubo de vacío denomi denominado nado triodo. triodo. Otros Otros tipos tipos con tres tres uniones uniones,, tales tales como como el transi transisto storr de unión unión npnp, npnp, proporcionan mayor amplificación que los transistores de dos uniones.

Transistores y electrónica de potencia Con el desarrollo tecnológico y evolución de la electrónica, la capacidad de los dispositivos semiconductores para soportar cada vez mayores niveles de tensión y corriente ha permitido su uso en aplicaciones de potencia. Es así como actualmente los transistores son empleados en convers conversores ores estáti estáticos cos de potenci potencia, a, contro controles les para para motores motores y llaves llaves de alta alta potenc potencia ia (principalmente inversores), aunque su principal uso está basado en la amplificación de corriente dentro de un circuito cerrado.

OBJETIVOS

Principal Desarrollar e implementar un sistema de control de Posicionamiento de Antena Paraból Parabólica ica que permita permita realizar realizar la tarea tarea de posici posicionar onar la antena antena de forma forma automatizada y manual. Secundarios Registro en la Base de Datos: a. Registro Registro de posicionamie posicionamiento nto de la Antena Antena Parabóli Parabólica ca b. Regist Registro ro de de pérdi pérdida da de Señal Señal c. Regi Regist stro ro de de tiem tiempo pos s Tiempo de duración de Comunicación Tiempo de pérdida de Señal Tiempos de búsqueda de Señal • • •

Control de Estado: Verificación de señales a. Seña Señall Libr Libre e b. Seña Señall Pri Privada vada 2. Respues Respuestas tas del del Sistem Sistema a de Inform Informació ación n a. Comunic Comunicaci ación ón establ establecid ecida a b. Comu Comunic nicac ació ión n per perdi dida da 1.

ESTABLECIMIENTO DE REQUISITOS REQUISITOS FUNCIONALES Protección de Acceso 1. Defin Definic ició ión n de usua usuari rios os 2. Nive Niveles les de pri privi vile legi gio o a. Admi Admini nist stra rado dor  r  b. Usuario Integridad de datos 1. Recuper Recuperaci ación ón de dato datos s en caso caso de fall fallos os 2. Procedi Procedimie miento ntos s de recuper recuperaci ación ón de datos datos Tratamiento de Errores 1. 2. 3. 4.

Cont Contro roll de de dat datos os Emis Emisió ión n de de inf infor orme mes s Contro Controll y verif verifica icació ción n de moto motores res Regist Registro ro de datos datos de funcio funcionam namien iento to del moto motor  r 

5. Contro Controll y verif verifica icació ción n de sens sensores ores

IDENTIFICACION REQUERIMIENTO RFSCAP001

DESCRIPCION  – Defini Definició ción n de usuario usuarios s y nive niveles les de priv privile ilegio gio  – para para la prote protecc cción ión de usuar usuarios ios extern externos os  – Medi Medida das s de segu seguri rida dad d •

RFSCAP002

RFSCAP003

 – Recup Recupera eraci ción ón de dat datos os en cas caso o de fall fallos os  – Proce Procedi dimi mient entos os de de recu recuper perac ació ión n •

RFSCAP004

•

RFSCAP005

Almacenado de datos: a. Regist Registro ro de de posic posicion ionami amient ento o de la Antena Parabólica b. Regist Registro ro de pérdid pérdida a de de Seña Señall c. Regi Regist stro ro de de tiem tiempo pos s

Control de Estado: a. Verificación de señales b. Respu Respuest estas as del del Sist Sistem ema a de Información

Integridad de Datos: a. Copi Copias as de segur segurida idad d b. Trat Tratam amie ient nto o de Erro Errores res

REQUISITOS NO FUNCIONALES IDENTIFICACION DESCRIPCION REQUERIMIENTO RNFSCAP001

Ordenador completo(monitor, pc, mouse, teclado, impresora)

RNFSCAP002

Fuente de alimentación (para alimentar el circuito)

RNFSCAP003

Sistema Operativo Windows XP

RNFSCAP004

Microsoft Access(Para la Base de Datos)

CASOS DE USO 1er. Caso de Uso Nombre Actores Personal Involucrado

Identificación de Usuarios Administrador 

Administrador: Es el técnico operador que se encarga de realizar el control del Sistema de Información, además de registrar a los usuarios, es la persona responsable del mantenimiento del Sistema de Información en caso de mal funcionamiento de este. Precondiciones 

Registro previo del operador del sistema.

Garantías de éxito 



Registro de datos con éxito, emitiendo un mensaje de éxito en la transacción El sistema debe estar disponible para un nuevo proceso

Escenario Principal Acción del Actor

Responsabilidad del Sistema

1. Solicitud de registro de Usuario 2. Visualización del área de registro 3. Registra cada uno de los datos 4. Ordena el Almacenamiento 5. Almacena datos en la Base de Datos 6. Emitir mensaje de éxito

2do. Caso de Uso

Nombre Actores Personal Involucrado

Almacenamiento de datos SCAP, usuario

SCAP: Sistema que realiza de manera automática el registro de varios aspectos sobre la antena parabólica tales: Registro de posicionamiento de la Antena Parabólica Registro de pérdida de Señal Registro de tiempos 1. Tiempo Tiempo de duraci duración ón de Comunic Comunicaci ación ón 2. Tiem Tiempo po de de pérdi pérdida da de Señal Señal 3. Tiempo Tiempos s de de búsqu búsqueda eda de Señal Señal Verificación de señales a. Seña Señall Libr Libre e b. Seña Señall Priv Privad ada a Respuestas del Sistema de Información c. Comuni Comunicac cació ión n establ establec ecid ida a d. Comuni Comunicac cació ión n per perdid dida a Usuario: persona capacitada para manejo del sistema SCAP Precondiciones 

La antena parabólica debe estar instalada y funcionando

Garantías de éxito 



Registro de datos con éxito, mostrando el mensaje de almacenado El sistema debe estar disponible para un nuevo proceso

Escenario Principal Acción del Actor

Responsabilidad del Sistema

1. Registro de datos 2. Transacción de datos a la Base de Datos 3. Registra cada uno de los datos

3do. Caso de Uso Nombre Actores Personal Involucrado

Recuperación de Datos SCAP, Usuario

SCAP: Sistema que realiza de manera automática el backup de los datos de manera automática Registro de posicionamiento de la Antena Parabólica Registro de pérdida de Señal Registro de tiempos a. Tiempo Tiempo de duraci duración ón de Comunic Comunicaci ación ón b. Tiem Tiempo po de de pérdi pérdida da de Señal Señal c. Tiem Tiempos pos de de búsqu búsqued eda a de Señ Señal al Usuario: Persona encargada de recuperar los datos guardados en el Sistema de información, estos datos son almacenados en los archivos temporales del Sistema Precondiciones 

El sistema debe haber sufrido un corte de energía no previsto o el reinicio por error del Sistema Operativo

Garantías de éxito 

El restablecimiento de datos con éxito, emitiendo un mensaje

Escenario Principal Acción del Actor

1. Solicitud del usuario de recuperación de información

3. Elección de opciones

Responsabilidad del Sistema

2. Ventana de recuperación de datos.

4. Proceso de recuperación 5. Emisión Emisión de mensaje de recuperación con éxito

DIAGRAMA DE CLASES El diagrama de clases sirve para visualizar las relaciones entre las clases que involucran involucran el sistema, las cuales pueden ser asociativas, de herencia, de uso y de contenido. Se utiliza cuando necesitamos realizar un análisis de dominio.

Util Utiliz izar aremo emos s el model modelo o de domin dominio io para para repr represe esent ntar ar los los diagr diagram amas as de clas clases es con sus sus atributos necesarios ya que es necesario para el desarrollo del sistema.

RELACIONES ENTRE CLASES: Existen tres relaciones diferentes entre clases, Dependencias, Generalización y Asociación. En las relaciones se habla de una clase destino y de una clase origen. En este caso realizaremos la identificación de relaciones entre las diferentes clases que se tiene.

CASOS DE USO

Caso de Uso Nombre

Envió de Datos

Actores

Posicionador,

Personal Involucrado

Administrador: Es el técnico operador que se encarga de realizar el control del Sistema de Info Inform rmac ació ión, n, adem además ás de regi regist stra rarr a los los usua usuari rios os,, es la pers person ona a resp respon onsa sabl ble e del del mantenimiento del Sistema de Información en caso de mal funcionamiento de este.

Precondiciones



Registro previo del operador del sistema.

Garantías de éxito



Registro de datos con éxito, emitiendo un mensaje de éxito en la transacción



El sistema debe estar disponible para un nuevo proceso

Escenario Principal

Acción del Actor

Responsabilidad del Sistema

1. Solicitud de registro de Usuario 2. Visualización del área de registro 3. Registra cada uno de los datos 4. Ordena el Almacenamiento 5. Almacena datos en la Base de Datos 6. Emitir mensaje de éxito