domingo, 9 de junio de 2013

CUBO DE LEDS 3X3X3





Basados en un tutorial de YouTube http://www.proyectosled.com.ar/2012/05/tutorial-cubo-leds-rgb-muy-facil-de.html, donde construyen un cubo de led rgb, realizaremos algunas modificaciones para hacer un cubo utilizando microcontrolador
Un cubo de led’s puede estar formado por matrices de led’s de 2x2, 3x3, 4x4, 5x5, etc.
Pero a continuación veremos cómo realizar un cubo con una matriz 3x3, es decir empleando 27 led’s; se requieren conocimientos básicos de electrónica para realizar este proyecto.

Asesoría para realizar este proyecto:

Alexander Ruiz
Calle 16 No. 5-69 Pereira Risaralda
3352773 - 3216642805
samsungservice@hotmail.com

Juan Carlos Gutiérrez Martinez
Ingeniero de Sistemas Y Computación, egresado de la UTP
gutierrezmartinezjuan@gmail.com

Colaborador en la elaboración del Proyecto
Sebastián Rosero Orozco
sebas01-13@hotmail.com


Enlaces Relacionados Con El Proyecto
Descarga El Trabajo Escrito:  http://www.mediafire.com/?jg8jmhdz32119dc





Materiales Para La Construcción Del Cubo


  • 27 led’s difusos del color que los prefieran
  • 9 resistencias de 330 ohms
  • Microcontrolador PIC 16F628A
  • Un quemador de microcontrolador
  • Un capacitor cerámico de  100 nf
  • Un capacitor electrolítico de 100 µF/ 16V
  • Un regulador de voltaje 7805
  • Base para circuito integrado de 18 pines
  • Un interruptor
  • Una base para armar la matriz de los leds (icopor, plastilina, madera)
  • Cable utp #5
  • Cautín 
  • Soldadura



LED

La palabra española “led” proviene del acrónimo inglés LED (Light-Emitting Diode: “diodo emisor de luz”).
Los leds se usan como indicadores en muchos dispositivos y en iluminación. Los primeros leds emitían luz roja de baja intensidad, pero los dispositivos actuales emiten luz de alto brillo en el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta.
Debido a sus altas frecuencias de operación son también útiles en tecnologías avanzadas de comunicaciones. Los leds infrarrojos también se usan en unidades de control remoto de muchos productos comerciales incluyendo televisores e infinidad de aplicaciones de hogar y consumo doméstico.

Los LED son muy llamativos y de muy bajo consumo de energía en comparación con la bombilla, mientras una bombilla puede consumir 100watts hora, el LED consume 92% menos, además pueden durar hasta 20 años lo que los hace realmente sorprendentes. 

Formas de determinar la polaridad de un LED
Existen tres formas principales de conocer la polaridad de un led:
1. La pata más larga siempre va a ser el ánodo.
2. En el lado del cátodo, la base del led tiene un borde plano.
3. Dentro del led, la plaqueta indica el ánodo. Se puede reconocer porque es más pequeña que el             yunque, que indica el cátodo



Existen diversos tipos de Leds, Ultralumínicos o de Alta luminosidad, dobles o bicoloreados, matrices, SMD, COB, etc.
Para informarse mas sobre los tipos de led visite : http://www.menoswatios.com/tipos-de-led.html

Led Difuso O Estandar

Son los led clásicos de toda la vida. Tienen forma cilíndrica, abovedada y se presentan en tamaños de 3 y 5 mm de diámetro. Se caracterizan por tener el encapsulado teñido del mismo color que la luz que emiten. Es frecuente encontrarlos en color rojo, amarillo y verde. Además pueden encontrarse con formas variadas (rectangular, triangular, de punto…) para adaptarlos a diferentes necesidades. Se usan principalmente como señalizadores para indicar el funcionamiento de algún dispositivo, aunque también cumplen una función estética



Para realizar el cubo, empleamos 9 leds difusos rojos, 9 verdes y 9 amarillos
Es recomendable tener una docena de cada color, por si se nos quema o daña alguno tener repuestos.

LED ROJO
Intensidad Luminosa: 1700 – 3500 mcd
Longitud de Onda: 618 ~ 630 nm
Voltaje: 1.8 ~ 2.4 v.
Potencia: 150mW - 20mA

LED VERDE
Intensidad Luminosa: 4000 - 7000mcd
Longitud de Onda: 514 ~ 520nm
Voltaje: 2.8 ~ 4.0 V
Potencia: 120mW - 20mA

LED AMARILLO
Intensidad Luminosa: 1700 - 3500mcd
Longitud de Onda: 586 ~ 596nm
Voltaje: 1.8 ~ 2.2v.
Potencia: 150mW - 20mA

Para tener más detalles de los leds diríjase a:

Resistencias

Se denomina resistencia o resistor (en lenguaje técnico) al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. Esto quiere decir, generar una caída de potencial en un circuito dado. Las resistencias se utilizan en los circuitos para limitar el valor de la corriente o para fijar el valor de la tensión; en otras palabras podríamos decir que una resistencia es un elemento que se opone al paso de la corriente eléctrica y produce caída de tensión entre sus terminales.

Las  resistencias se clasifican en dos grandes grupos, las resistencias fijas y las resistencias variables, cada uno de estos grupos se divide en grupos más pequeños.

Los resistores fijos tienen dos contactos entre los cuales existe una resistencia fija, estos se dividen en resistores de carbón y resistores metálicos

Las resistencias variables tienen tres contactos, dos de ellos están conectados con los extremos de la superficie resistiva y el otro está conectado a un cursor que se puede mover a lo largo de la superficie resistiva.

Código de Colores De Las Resistencias

Para caracterizar un resistor hacen falta tres valores: resistencia eléctrica, disipación máxima y precisión o tolerancia. Estos valores se indican normalmente en el encapsulado dependiendo del tipo de éste; para el tipo de encapsulado axial, el que se observa en las fotografías, dichos valores van rotulados con un código de franjas de colores.
Estos valores se indican con un conjunto de rayas de colores sobre el cuerpo del elemento. Son tres, cuatro o cinco rayas; dejando la raya de tolerancia (normalmente plateada o dorada) a la derecha, se leen de izquierda a derecha. La última raya indica la tolerancia (precisión). De las restantes, la última es el multiplicador y las otras indican las cifras significativas del valor de la resistencia.
El valor de la resistencia eléctrica se obtiene leyendo las cifras como un número de una, dos o tres cifras; se multiplica por el multiplicador y se obtiene el resultado en Ohmios (Ω). El coeficiente de temperatura únicamente se aplica en resistencias de alta precisión o tolerancia menor del 1%.





sábado, 8 de junio de 2013

Como Calcular La Resistencia Adecuada Para Un Led

EJEMPLO PARA UN LED ROJO
Corriente del Led: 20mA corriente nominal
Voltaje del Led: 2.4 V
Alimentación: 12V

CAIDA DE TENSIÓN PARA CALCULAR LA RESISTENCIA
Fórmula ------>     Caída Tensión = Alimentación – Voltaje Led
                                      Caída Tensión =  12 V – 2.4 V
                                      Caída Tensión= 9.6 V


LA RESISTENCIA
Fórmula  ----->    Resistencia = "Caída Tensión" / "Corriente Led"

NOTA: Hay que tener presente que la corriente del led está dada en mA (Miliamperios) y para calcular la resistencia debemos realizar una conversión para que la corriente quede expresada en Amperios.

Un Amprio equivale a 1000 Miliamperios.
Miliamperio significa un A cada 1000 mA.

1mA = (1 A) / (1000)  = 0.001      ------->        20mA = (20 A)(1000)  = 0.02

           Resistencia =  (9.6 V) / (0.02 A)
Resistencia= 480 Ohms

Las resistencias que utilizamos en el cubo de leds son resistencias de carbón aglomeradas de 330Ω (naranja, naranja, café, dorado) para los led rojos y amarillos; para los leds verdes utilizamos resistencias de 300Ω (naranja, negro, café, dorado) para que pasara más corriente y el led se iluminara un poco más, ya que si le conectábamos las resistencias de 330Ω pasaba menos corriente y la intensidad luminosa del led era casi nula.

Microcontrolador

Un microcontrolador (abreviado μC, UC o MCU) es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida.

El diagrama de un sistema microcontrolado sería algo así


Los dispositivos de entrada pueden ser un teclado, un interruptor, un sensor, etc.
Los dispositivos de salida pueden ser leds, pequeños parlantes, zumbadores, interruptores de potencia u otros dispositivos como relés, luces, en fin lo que se quiera poner como dispositivo de salida

El siguiente grafico es una representación en bloques del microcontrolador, para dar una idea más clara, está adaptado tal y cual es un ordenador, con su fuente de alimentación, un circuito de reloj y el chip de microcontrolador, el cual dispone de su CPU, sus memorias, y por supuesto, sus puertos de comunicación listos para conectarse al mundo exterior.



Memoria ROM (Memoria de sólo lectura)
Memoria RAM (Memoria de acceso aleatorio)
Líneas de entrada/salida (I/O) También llamados puertos
Lógica de control Coordina la interacción entre los demás bloques


PIC 16F628A

El PIC 16F628A es un microcontrolador de 8 bit, posee una arquitectura RISC (del inglés Reduced Instruction Set Computer, en español Computador con Conjunto de Instrucciones Reducidas) avanzada así como un juego reducido de 35 instrucciones. 




Diagrama De Los Pines


Como podemos ver, los pines 1, 2, 3, 4, 15, 16, 17 y 18 tienen el nombre de RAx. Esos pines conforman el puerto A, “PORTA” de ahora en más. Los pines 6 al 13 forman parte del puerto B (“PORTB”). El pin 5 es el que se conectara al negativo de la fuente de alimentación. El 14 irá conectado a 5V.
Como habrán notado, muchos de los pines tienen más de una descripción. Esto se debe a que pueden utilizarse de varias maneras diferentes, seleccionables por programa. Por ejemplo, el pin 4 sirve como parte del PORTA, como RESET y como tensión de programación (Vpp)

Características

CPU de alto rendimiento RISC:
Velocidades de operación de DC – 20 MHZ
Capacidad de interrupción
Pila de 8 niveles
Modos de direccionamiento directos, indirectos y relativo

Características especiales microcontrolador:
Opciones de oscilador externo e interno: precisión de fábrica del oscilador interno de 4 MHz calibrada a ±1%.
Modo de ahorro de energía en modo sueño.
Temporizador Watchdog con oscilador independiente para un funcionamiento fiable.
Protección de código programable
Amplio rango de tensión
Alta durabilidad de la memoria Flash
40 años de retención de datos

De baja potencia:
Corriente en espera: 100 nA / 2.0 V
Corriente de funcionamiento: 12 µA / 32kHz / 2.0 V
Temporizador watchdog: 1 µA / 2.0 V
Doble velocidad del oscilador interno: entre 4 MHz y de 48kHz

Tipos de Memoria Del PIC

MEMORIA FLASH
Esta memoria es de tipo no volátil, en esta memoria ira el programa que el usuario realice. El PIC 16F628A tiene una capacidad de 2084 palabras esto se podría atribuir a 2084 líneas de código.

MEMORIA RAM
Esta memoria sirve para guardar datos y variables, esta memoria es de tipo volátil, es decir, perderá la información cuando desaparezca la alimentación. La memoria RAM que posee el microcontrolador es de 224 bytes.


MEMORIA EEPROM 
Es una memoria de tipo no volátil de poca capacidad, sirve para guardar datos, aun cuando deje de recibir alimentación la información no se perderá. La memoria EEPROM que posee la PIC es de 128 bytes.


jueves, 6 de junio de 2013

Como Quemar El PIC

Un PIC (Programable Integrated Circuit), programable quiere decir que se puede planificar la manera cómo va a funcionar, que se puede adaptar a nuestras necesidades, es capaz de modificar su comportamiento en función de una serie de instrucciones que es posible comunicarle mediante cuatro pasos:

  Editar
Editar es escribir el programa, es hacer una lista de instrucciones en un lenguaje que nos permita indicarle al PIC lo que deseamos que haga.
Existen varios lenguajes como: Ensamblador, Basic, C, etc.
Todos ellos pretenden acercarse a nuestra manera de pensar y de hablar. Sin embargo los PIC no conocen más que unos y ceros. Por eso es necesario el siguiente paso.

  Compilar
Compilar es traducir el programa al lenguaje de máquina que si“entiende” el PIC. Para realizar esta traducción hacemos uso de un software que transforma el “Programa Fuente”, aquel que editamos en el paso 1 en otro que si podemos comunicarle al PIC.
Nota: Para editar y compilar podemos hacer uso de diferentes programas, como “Micro Code Studio”, “MPLAB”.
Las líneas de código de nuestro cubo están editadas y compiladas en Micro Code Studio, Lenguaje Basic

Enlace de descarga Micro Code Studio: http://microcode-studio.waxoo.com/


ENLACE DE DESCARGA DEL CODIGO HEX PARA QUEMAR DIRECTAMENTE EN EL PIC: http://www.mediafire.com/download/nbe3jwmdtecn283/Cubo+de+led%27s.hex

 Quemar el PIC
En este paso se grava el programa en el PIC.
Mediante una tarjeta electrónica y un poco software se pasa el programa compilado del PC al PIC. Son solamente unos cuantos Cliks y listo.
Es necesario hacer una aclaración en este momento, frecuentemente le llamamos Programador de PIC a la tarjeta electrónica que transfiere el programa compilado de la PC al PIC; está bien mientras entendamos que este aparato no va a pensar por nosotros y que es incapaz de programar instrucciones por sí mismo.

  Probar el programa
Bueno en este paso se trata de verificar el funcionamiento del programa.
Se trata de comprobar que el PIC si se comporta como lo programamos.
Si todo salió bien, pues fantástico y si no comenzamos de nuevo en Editar

            
Véase el datasheet para obtener más información: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/microchip/40044b.pdf


Quemador de PIC

Para pasar el programa del PC al PIC necesitamos de un quemador de Microcontrolador, es decir un dispositivo que conecte el PC con el PIC y queme toda la información en él; para esto es necesario que el código este en un archivo Hexadecimal para que el PIC lo “entienda”.

Muchos de los clásicos programadores de pic y memorias eeprom realizan su comunicación con la pc, a través del puerto serie, o algunos por el puerto paralelo, son circuitos muy sencillos de unos pocos componentes, pero hay un problema y es que cada vez se hace más difícil conseguir algunos de estos puertos en un pc, más difícil o imposible en una portátil sumado a los problemas que se pueden tener al necesitar fuente externas o que las tensiones del puerto serie no sean correctas para la programación. Es por esto que surge la necesidad de tener un programador usb. 

Un clásico entre los programadores usb es el PICKIT 2, y más aún los clones de este. Muy famosos por ser de Microchip, y por encontrarse a disposición de cualquier tanto el circuito esquemático como el como el código fuente del firmware. Lo que posibilita que muchos usuarios realicen modificaciones y puedan crear su propio programador.

El PICKIT 2 es reconocido como un dispositivo HID, por lo que no es necesario drivers extras, los sistemas operativos modernos cuentan ya con los driver necesarios. Se puede usar tanto en LInux, Mac como Windows. En la página de Microchip se encuentran programas específicos como ser la interfaz de programación, analizador lógico, además con los IDE MPLAB X y MPLAB se lo pude utilizar como debugger

Este quemador fue el que empleamos para quemar el programa en el PIC

Capacitores Cerámicos

El dieléctrico utilizado por estos capacitores es la cerámica, siendo el material más utilizado el dióxido de titanio. Este material confiere al capacitor grandes inestabilidades por lo que en base al material se pueden diferenciar dos grupos:

Grupo I: caracterizados por una alta estabilidad, con un coeficiente de temperatura bien definido y casi constante.

Grupo II: su coeficiente de temperatura no está prácticamente definido y además de presentar características no lineales, su capacidad varía considerablemente con la temperatura, la tensión y el tiempo de funcionamiento.

Las altas constantes dieléctricas características de las cerámicas permiten amplias posibilidades de diseño mecánico y eléctrico.
Las especificaciones de estos Capacitores son aproximadamente las siguientes:


  • Capacitancias en la gama de 0,5 pF hasta 470 nF
  • Tensión de trabajo desde 3 V. a 15.000 Volts o más.
  • Tolerancia entre 1% y 5%
  • Relativamente chicos en relación a la Capacitancia.
  • Amplia banda de tensiones de trabajo.
  • Son adecuados para trabajar en circuitos de alta frecuencia.
  • Banda de tolerancia buena para aplicaciones que exigen precisión.



Véase el datasheet para obtener más información de capacitores cerámicos http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/kemet/C0805C100C1GAC.pdf

Capacitores electrolíticos

En estos capacitores una de las armaduras es de metal mientras que la otra está constituida por un conductor iónico o electrolito. Presentan unos altos valores capacitivos en relación al tamaño y en la mayoría de los casos son polarizados.

Podemos distinguir dos tipos:

Electrolíticos de aluminio: la armadura metálica es de aluminio y el electrolito de tetraborato armónico.

Electrolíticos de tántalo: el dieléctrico está constituido por óxido de tántalo y nos encontramos con mayores valores capacitivos que los anteriores para un mismo tamaño. Por otra parte las tensiones nominales que soportan son menores que los de aluminio y su costo es algo más elevado

Capacitor electrolítico: Tiene polaridad, normalmente se marca el negativo con el signo.

El terminal negativo es el de menor longitud. Hay que asegurarse de no conectar el capacitor entre dos puntos del circuito cuya tensión supere la máxima que soporta el capacitor.

Véase el datasheet para obtener más información de capacitores electrolíticos http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/vishay/ekb.pdf


Regulador de Voltaje 7805


78xx es la denominación de una popular familia de reguladores de tensión positiva. Es un componente común en muchas fuentes de alimentación. Tienen tres terminales (voltaje de entrada, masa y voltaje de salida) y especificaciones similares que sólo difieren en la tensión de salida suministrada o en la intensidad. La intensidad máxima depende del código intercalado tras los dos primeros dígitos.       


El 7805 entrega 5V de corriente continua. El encapsulado en el que usualmente se lo utiliza es el TO220, aunque también se lo encuentra en encapsulados pequeños de montaje superficial y en encapsulados grandes y metálicos (TO3).

La tensión de alimentación debe ser un poco más de 2 voltios superior a la tensión que entrega el regulador y menor a 35 volts. Usualmente, el modelo estándar (TO220) soporta corrientes de hasta 1 A aunque hay diversos modelos en el mercado con corrientes que van desde los 0,1A. El dispositivo posee como protección un limitador de corriente por cortocircuito, y además, otro limitador por temperatura que puede reducir el nivel de corriente. Estos integrados son fabricados por numerosas compañías, entre las que se encuentran National Semiconductor, Fairchild Semiconductor y ST Microelectrónics.
El ejemplar más conocido de esta serie de reguladores es el 7805, que provee 5V, lo que lo hace sumamente útil para alimentar dispositivos TTL.

Para obtener más información sobre el Regulador visite http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/228/390068_DS.pdf

Paso a Paso Construcción del Led

Ya que tenemos conocimiento sobre todos los materiales que emplearemos en la construcción del cubo paso a paso

Ese es el gráfico que seguiremos para armar nuestro cubo de leds, ahí vemos como están conectados todos los leds, las resistencias, el PIC, los condensadores y el interruptor


Los materiales se pueden conseguir en cualquier tienda de electrónica.

Recomendación: a la hora de comprar los materiales, sería bueno tener materiales de repuesto, en caso de dañar alguno de los instrumentos.

Se necesitan 27 leds, se pueden comprar de diferentes colores o de un solo color como prefieran. Es recomendable comprar 12 leds de cada color para tener repuesto por si alguno falla o se nos quema.

Lo mismo deberíamos hacer con los condensadores y las resistencias, el caso no es tener que parar en la construcción del cubo por falta de materiales.


  Ya estamos listos para armar nuestro cubo


1.    En una hoja de papel hacemos una cuadricula que nos servirá de guía para perforar la base donde pondremos los leds para soldarlos y trabajarlos con mucha más facilidad. Se deja una distancia de 2.5 cm entre agujero y agujero.


2.    Identificamos el ánodo y el cátodo del led, para conectarlos en paralelo, es decir el ánodo (pata más larga) va conectado con el ánodo del otro led, y el cátodo (pata más corta) se conecta con el cátodo del otro led. Hay que tener mucho cuidado para que al soldar los cátodos y los ánodos no queden haciendo contacto entre sí, ya que estaríamos haciendo un corto circuito.


Repetimos el proceso 3 veces para hacer los tres pisos que harán parte del cubo.


  3. Después de tener los tres pisos armados, procedemos a soldar los cátodos de los tres pisos entre sí.


4.    Después de tener el cubo armado lo ubicamos en la váquela para proceder a soldar las resistencias y el resto de componentes del cubo




Seguimos el diagrama para soldar las resistencias correctamente, debemos tener presente que el piso de los led verdes lleva la resistencia de 300Ω para que se ilumine más, el resto de los pisos si lleva la resistencia de 330Ω.
Es recomendable usar cables de diferentes colores, para no confundirlos a la hora de soldar, ya que es una tarea bastante tediosa y se debe tener mucho cuidado.




5.    El siguiente paso es quemar el programa en el PIC para después conectarlo a nuestro cubo. Para quemar el PIC usamos un “Quemador PiCkit2”. Estos quemadores tienen un valor alrededor de 100.000 o 120.000 pesos. No es necesario comprarlo, basta con tener el código listo y acudir donde un eléctrico que tenga un quemador de PIC para que nos haga el favor, estos señores cobran alrededor de 5.000 o 10.000 pesos.



6.    El siguiente paso es conectar el PIC, para conectarlo ubicamos el zócalo en la váquela y después ponemos el PIC sobre el zócalo, hay que tener precaución en el momento de soldar los cables con los pines del zócalo porque no pueden quedar haciendo contacto, ya que quedará haciendo corto.






4.    Ahora conectaremos el regulador de voltaje, debemos tener presente que el regulador tiene 3 paticas, hay que tener claridad donde van conectadas cada una, para eso nos basamos en el diagrama.



 8. Ahora vamos a conectar los capacitores, estos van conectados en serie con el regulador de voltaje





9.    Cuando tengamos lista la conexión de los capacitores con el regulador del voltaje estaremos listos para conectar el interruptor y la pila que es la que alimentara todo el circuito. 





10.    Ya tenemos listo nuestro proyecto, ahora solo tenemos que mover el interruptor, y nuestro cubo debe funcionar perfectamente.





Bibliografía



Tutorial Cubo Leds rgb: http://www.proyectosled.com.ar/2012/05/tutorial-cubo-leds-rgb-muy-facil-de.html

Microcontrolador: http://es.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador

Manual Microcontrolador: http://www.unioviedo.es/ate/alberto/manualPic.pdf

PIC: http://es.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador_PIC

Apuntes Capcitores: http://www.inele.ufro.cl/bmonteci/semic/apuntes/capacitores/capacitores.htm

Imágenes: https://www.google.com.co/search?q=capacitores&hl=es&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=796wUbXXIanj0QGTrIHIDA&ved=0CD8QsAQ&biw=1366&bih=624

Led: http://es.wikipedia.org/wiki/Led

Casa del Led: http://www.casadelled.com.ar/2%20Datasheet.htm

Imagenes Led: https://www.google.com.co/search?hl=es&gs_rn=16&gs_ri=psy-ab&suggest=p&pq=capacitores&cp=4&gs_id=h&xhr=t&q=leds&bav=on.2,or.r_qf.&biw=1366&bih=624&um=1&ie=UTF-8&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&ei=Qd-wUd2tEtKt4APr74DQBA