ESTUDIO PRELIMINAR DEL SISTEMA

Una Empresa de Telecomunicaciones, que brinda los servicios de Televisión 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, también deberá realizar el posicionamiento de la antena Parabólica, según

requiera el usuario final. En cuanto al hardware, esta es la base fundamental del sistema,

pues se debe implementar esta localización (POSICIONAMIENTO). utilizando 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

variable, la cual será analizada con sumo cuidado para tratar de manejarla, leerla y

monitorearla adecuadamente. En este caso nuestra variable será la precisión con relación a

la ubicación.

El funcionamiento de este actuador o posicionador esta totalmente regido 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 direccionamiento codificado a el microcontrolador, este a su vez hará el control 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 motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía 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 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 de control y automatización de procesos. Los 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

partes, un estator que da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco en el centro

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, 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, 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 arquitectura de la MCS-51. Una de las características más relevantes de los

microcontroladores de este fabricante es que todos ellos tienen memoria interna flash. Estos

microcontroladores tienen un precio más reducido que los microcontroladores con 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 se muestra el diagrama general de bloques para los microcontroladores 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 microcontrolador está formado por la unidad de control, la unidad aritmético-

lógica (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 ser configurado de forma individual como entrada o como salida (E/S), siendo

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 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 realizan las funciones alternativas T2 y T2EX del temporizador Timer2,

respectivamente. El puerto en las versiones con array de 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 las señales TXD y RXD del puerto de comunicación serie, las entradas 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: este 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 cuando se pone a .1. reinicializa el microcontrolador, poniendo el

contador de 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 son la entrada de la señal de reloj del microcontrolador.

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 fotorresistencia es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el

aumento de intensidad de luz incidente. Puede también ser llamado fotorresistor,

fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz, cuya siglas, 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 fotorresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia como el sulfuro de

cadmio, CdS. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son

absorbidos por la elasticidad del semiconductor dando a los electrones la suficiente energía

para saltar la banda de conducción. El electrón libre que resulta, y su hueco asociado,

conducen la electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia. Los valores típicos varían

entre 1 MΩ, o más, en la oscuridad y 100 Ω con luz brillante.

Las células de sulfuro del cadmio se basan en la capacidad del cadmio de variar su

resistencia según la cantidad de luz que incide la célula. Cuanto más luz incide, más baja es

la resistencia. Las células son también capaces de reaccionar a una amplia 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 o de iluminado a oscuro. Esto limita a no usar los LDR en 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 rápidas de iluminación que podrían hacer 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 en muchos artículos de consumo, como

por ejemplo en cámaras, medidores de luz, relojes con radio, alarmas de seguridad o

sistemas de encendido y apagado del alumbrado de calles.

POTENCIOMETRO

Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia puede ser ajustado. De esta

manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de 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, 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.

Potenciómetros de ajuste. Controlan parámetros preajustados, normalmente en fábrica, que

el usuario no suele tener que retocar, por lo que no suelen se accesibles desde el exterior.

Existen tanto encapsulados en plástico como sin cápsula, y se suelen distinguir

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. La resistencia es proporcional al seno del ángulo de giro. Dos potenciómetros

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.

Potenciómetros multivuelta. Para un ajuste fino de la resistencia existen potenciómetros

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

Potenciómetros rotatorios. Se controlan girando su eje. Son los más 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, pues la posición de sus cursores representa la respuesta del 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 amplificador operacional (comúnmente abreviado A.O. u op-amp), es un circuito

electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una

salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G)

(ganancia):

Vout = G·(V+ − V−)

El primer amplificador operacional monolítico, que data de los años 1960, fue el Fairchild

μA702 (1964), diseñado por Bob Widlar. Le siguió el Fairchild μA709 (1965), 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.

Originalmente los A.O. se empleaban para operaciones matemáticas (suma, resta,

multiplicación, división, integración, 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. 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.

Normalmente los pines de alimentación son omitidos en los diagramas eléctricos por

claridad.

Tabla de Características Ideales y Reales

Parámetr

oValor ideal Valor real

Zi ∞ 1 MΩ

Zo Φ 100 Ω

Bw ∞ 1 MHz

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

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

tensión más alta es la aplicada a la patilla + la salida será la que corresponde a la

alimentación 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 en un circuito. Aquí se supondrá realimentación

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

circuito amplificador, se mejoran algunas características del mismo como una mayor

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 perturbaciones en la señal de entrada. La menor impedancia de salida permite que el

amplificador se comporte como una fuente eléctrica de mejores características. 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.

Asimismo, cuando se realiza realimentación positiva (conectando la salida a la entrada no

inversora a través de un cuadripolo determinado) se buscan efectos muy distintos. El más

aplicado es obtener un 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)

Un ejemplo de amplificador operacional es el 741op

Análisis

Para analizar un circuito en el que haya A.O. puede usarse cualquier método, 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 emisor de luz, también conocido como LED (acrónimo del inglés de Light-Emitting

Diode) es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz incoherente de espectro

reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN del mismo y circula por él una

corriente eléctrica. Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia. El color, depende

del material semiconductor empleado en la construcción del diodo y puede variar desde el

ultravioleta, pasando por el visible, hasta el infrarrojo. Los diodos emisores de luz que emiten

luz ultravioleta también reciben el nombre de UV LED (UltraViolet 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 aleatoria. El que esa energía perdida cuando pasa un electrón de la banda de

conducción a la de valencia se manifieste como un fotón desprendido o como otra forma de

energía (calor por ejemplo) va a depender principalmente del tipo de material semiconductor.

Cuando un diodo semiconductor se polariza directamente, los huecos de la zona p se

mueven hacia la zona n y los electrones de la zona n hacia la zona 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

de banda prohibida indirecta o "indirect 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) que en los semiconductores de banda

prohibida indirecta (como el 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 la correspondiente al espectro visible. En otros diodos, la energía se libera

principalmente en forma de calor, radiación infrarroja o radiación ultravioleta. En el caso de

que el diodo libere la energía en forma de radiación ultravioleta, se puede conseguir

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 simbólica del diodo LED.

El dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de

mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas

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].

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 debe circular por él varía según su

aplicación. Valores típicos de corriente directa de polarización de un LED corriente están

comprendidos entre los 10 y los 40 mA. 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

optimizada, se suele buscar un compromiso entre la intensidad luminosa que producen

(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.

Compuestos empleados en la construcción de LED.

Compuesto Color Long. de onda

Arseniuro de galio (GaAs) Infrarrojo 940 nm

Arseniuro de galio y aluminio

(AlGaAs)Rojo e infrarrojo 890 nm

[[Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP)Rojo, anaranjado y

amarillo630 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, 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. La más reciente innovación en el ámbito de la 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, amarillo e infrarrojo), siendo por ello menos empleados en las aplicaciones

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. 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) 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 diferentes materiales que se utilizan como dieléctricos tiene diferentes grados de

permitividad. (diferente capacidad para el establecimiento de un campo eléctrico

 Material  Permitividad relativa (Er)

 Vacío  1

 Aire  1,0059

 Polietileno  2,5

 Porcelana  5...6

 Mica  7

 Pentóxido Tántalo  26

 Cerámica  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 Transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de

amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la contracción en

inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia"). Actualmente se los encuentra

prácticamente en todos los enseres domésticos de uso diario: radios, televisores,

grabadores, reproductores de audio y vídeo, hornos de microondas, lavarropas automáticos,

automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo, computadoras,

calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de rayos X, tomógrafos,

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, el colector que los recibe

o recolecta y la tercera, que está intercalada entre las dos primeras, modula el paso de

dichos portadores (base). A diferencia de las válvulas, el transistor es un dispositivo

controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada. En el diseño de circuitos a

los transistores se les considera un elemento activo, a diferencia de los resistores,

capacitores e inductores que son elementos pasivos. Su funcionamiento sólo puede

explicarse mediante mecánica cuántica.

De manera simplificada, la corriente que circula por el "colector" es función amplificada de la

que se 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, corriente de Emisor, etc. Los tres tipos de esquemas básicos para utilización

analógica de los transistores son emisor común, colector común y base común.

Estructura atómica de los semiconductores

Las propiedades eléctricas de un material semiconductor vienen determinadas 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 y receptoras en germanio o silicio fundido en un crisol en diferentes

fases de formación del cristal. El cristal resultante presentará dos regiones 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, la unión pn actúa como un 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 transistor se pueden combinar dos uniones para obtener amplificación. Un 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 tipo n a la izquierda del 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

unión np, el emisor tiene un pequeño voltaje negativo con respecto a la capa 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 en un eficaz amplificador. Similar al tipo npn en cuanto a su funcionamiento, el

transistor de unión pnp dispone también de dos uniones y es equivalente al tubo de vacío

denominado triodo. Otros tipos con tres uniones, tales como el transistor de unión 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 conversores estáticos de potencia, controles para motores y llaves de alta potencia

(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 Parabólica que permita realizar la tarea de posicionar la antena de forma automatizada y manual.

Secundarios

Registro en la Base de Datos:

a. Registro de posicionamiento de la Antena Parabólicab. Registro de pérdida de Señalc. Registro de tiempos

Tiempo de duración de Comunicación Tiempo de pérdida de Señal Tiempos de búsqueda de Señal

Control de Estado:

1. Verificación de señalesa. Señal Libreb. Señal Privada

2. Respuestas del Sistema de Informacióna. Comunicación establecidab. Comunicación perdida

ESTABLECIMIENTO DE REQUISITOS

REQUISITOS FUNCIONALES

Protección de Acceso1. Definición de usuarios2. Niveles de privilegio

a. Administradorb. Usuario

Integridad de datos

1. Recuperación de datos en caso de fallos2. Procedimientos de recuperación de datos

Tratamiento de Errores

1. Control de datos

2. Emisión de informes3. Control y verificación de motores4. Registro de datos de funcionamiento del motor5. Control y verificación de sensores

IDENTIFICACION REQUERIMIENTO

DESCRIPCION

RFSCAP001

- Definición de usuarios y niveles de privilegio- para la protección de usuarios externos- Medidas de seguridad

RFSCAP002

Almacenado de datos:a. Registro de posicionamiento de

la Antena Parabólicab. Registro de pérdida de Señalc. Registro de tiempos

RFSCAP003

- Recuperación de datos en caso de fallos- Procedimientos de recuperación

RFSCAP004

Control de Estado:a. Verificación de señalesb. Respuestas del Sistema de

Información

RFSCAP005

Integridad de Datos:a. Copias de seguridadb. Tratamiento de Errores

REQUISITOS NO FUNCIONALES

IDENTIFICACION REQUERIMIENTO

DESCRIPCION

RNFSCAP001Ordenador completo(monitor, pc,

mouse, teclado, impresora)

RNFSCAP002Fuente de alimentación (para

alimentar el circuito)RNFSCAP003 Sistema Operativo Windows XP

RNFSCAP004Microsoft Access(Para la Base de

Datos)

CASOS DE USO

1er. Caso de Uso

Nombre Identificación de UsuariosActores AdministradorPersonal Involucrado

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

3. Registra cada uno de los datos4. Ordena el Almacenamiento

2. Visualización del área de registro

5. Almacena datos en la Base de Datos6. Emitir mensaje de éxito

2do. Caso de Uso

Nombre Almacenamiento de datosActores SCAP, usuarioPersonal Involucrado

SCAP: Sistema que realiza de manera automática el registro de varios aspectos sobre la antena parabólica tales:

Registro de posicionamiento de la Antena ParabólicaRegistro de pérdida de SeñalRegistro de tiempos1. Tiempo de duración de Comunicación2. Tiempo de pérdida de Señal

3. Tiempos de búsqueda de SeñalVerificación de señales

a. Señal Libreb. Señal Privada

Respuestas del Sistema de Informaciónc. Comunicación establecidad. Comunicación perdida

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 datos2. Transacción de datos a la Base de Datos3. Registra cada uno de los datos

3do. Caso de Uso

Nombre Recuperación de DatosActores SCAP, UsuarioPersonal Involucrado

SCAP: Sistema que realiza de manera automática el backup de los datos de manera automática

Registro de posicionamiento de la Antena ParabólicaRegistro de pérdida de SeñalRegistro de tiempos

a. Tiempo de duración de Comunicaciónb. Tiempo de pérdida de Señalc. Tiempos de búsqueda de Señal

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 Responsabilidad del Sistema

1. Solicitud del usuario de recuperación de información

3. Elección de opciones

2. Ventana de recuperación de datos.

4. Proceso de recuperación5. Emisión de mensaje de recuperación con éxito

DIAGRAMA DE CLASES

El diagrama de clases sirve para visualizar las relaciones entre las clases que involucran el

sistema, las cuales pueden ser asociativas, de herencia, de uso y de contenido.

Se utiliza cuando necesitamos realizar un análisis de dominio.

Utilizaremos el modelo de dominio para representar los diagramas de clases con 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

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

3. Registra cada uno de los datos

4. Ordena el Almacenamiento

2. Visualización del área de registro

5. Almacena datos en la Base de Datos

6. Emitir mensaje de éxito