super dimmer

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Super Dimmerr PCTronics Azogues-Ecuador 087017318 [email protected] 10/11/2011 Raúl Barreto Quinteros El Presente artículo describe el desarrollo de un dimmer de cuatro canales basado en microcontrolador PIC16FXXX. Fue programado en lenguaje ensamblador y se utiliza para regular la cantidad de luz en una estancia mediante tres pulsantes de mando para iluminar, atenuar o apagar.

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Page 1: Super Dimmer

Super Dimmerr

P C T r o n i c s

A z o g u e s - E c u a d o r

0 8 7 0 1 7 3 1 8

D i n o _ b a r r e t o @ h o t m a i l . c o m

1 0 / 1 1 / 2 0 1 1

Raúl Barreto Quinteros

El Presente artículo describe el desarrollo de un dimmer de

cuatro canales basado en microcontrolador PIC16FXXX. Fue

programado en lenguaje ensamblador y se utiliza para

regular la cantidad de luz en una estancia mediante tres

pulsantes de mando para iluminar, atenuar o apagar.

Page 2: Super Dimmer

Contents El Hardware ................................................................................................................................................... 2

El CPU ............................................................................................................................................................ 3

Utilizando la tarjeta de prototipos ................................................................................................................ 3

Pulsantes de Mando ..................................................................................................................................... 5

La Tarjeta de interface a potencia ................................................................................................................ 5

Indicaciones para que armes la tarjeta de interface. ................................................................................... 6

Funcionamiento ............................................................................................................................................ 7

Simulación ..................................................................................................................................................... 8

Recomendaciones ......................................................................................................................................... 9

Agradecimientos ......................................................................................................................................... 11

Page 3: Super Dimmer

Super Dimmer con PIC16FXXX

“Este sistema está basado en el microcontrolador 16F87XXX y te servirá para regular el brillo de 4

lámparas incandescentes alimentadas por corriente alterna, el mando está a cargo de tres pulsadores

para iluminar, atenuar o apagar.” Costo del proyecto, 35 dólares

Este sistema puede ser fácilmente adaptado a un PIC16F877A, PIC16F871, PIC16F84, PIC16F628A o

equivalente, incluso a los PICs de la famila 12Cxxx y 12Fxxx. Los requisitos del microcontrolador son

poseer un módulo para interrupción externa y un TMR0

Comencemos…

El Hardware La figura 1 muestra un esquemático, el mismo que te servirá, de apoyo a la hora de armar el sistema de

control de iluminación.

Figura 1.Esquematico completo para el Super Dimmer

Como se muestra en la figura 2. El hardware puede dividirse en tres módulos.

1. El CPU

2. Los pulsadores de mando

3. La tarjeta de interface a potencia

X1

16MHz

C1

22p

C2

22p

RA0/AN02

RA1/AN13

RA2/AN2/VREF-4

RA4/T0CKI6

RA5/AN47

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI16

RC2/CCP117

RC318

RD0/PSP019

RD1/PSP120

RB7/PGD40

RB6/PGC39

RB538

RB437

RB3/PGM36

RB235

RB134

RB0/INT33

RD7/PSP730

RD6/PSP629

RD5/PSP528

RD4/PSP427

RD3/PSP322

RD2/PSP221

RC7/RX/DT26

RC6/TX/CK25

RC524

RC423

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI15

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F871

Ilum

inar

Ate

nu

ar

DETECTOR DE CRUCE POR CERO

R21k2

R31k2

R4

500K

V1

VSINE

VA=60V

1

2

6

4

U2

MOC3021

1

2

6

4

U3

MOC3021

1

2

6

4

U4

MOC3021

1

2

6

4

U5

MOC3021

R5

220

R6

220

R7

220

R8

220

U6

Q7006L5

U7

Q7006L5

U8

Q7006L5

U9

Q7006L5

R9

180

R10

180

R11

180

R12

180

1

2

3

4

5

J1

26630501RP2

NEUTRO

NEUTRO

NEUTRO

NEUTRO

SW1

SW-SPST

R14k7

Apagar

Page 4: Super Dimmer

Figura 2. Diagrama de Bloques del sistema

El CPU Si observas en la figura 1. El pin RB0 está limitado en corriente por una resistencia de 500k. Los pines del

microcontrolador internamente poseen diodos recortadores de tensión, así que el voltaje de 110Vac o

240Vac, no matara al PIC, sin embargo la corriente debe ser limitada a un valor seguro. (Para países

donde el voltaje que llega hasta los hogares es de 220Vac a 50 Hz se recomienda una resistencia de

1.5M)

Hay quienes utilizan un optoacoplador para proteger al microcontrolador de la corriente alterna, pero

esto no es necesario, no lo digo yo, lo he leído en una nota de aplicación de microchip (Interfacing to

AC Power Lines, An521).

Otro punto importante que debo destacar es que la señal de AC entra por el pin RB0, para

aprovechar una de las características importantes que tienen los microcontroladores, la

interrupción externa por pin RB0. De esta manera cada vez que la corriente cruce por cero, el

programa entrara en interrupción, ya sea con flanco de subida o con flanco de bajada.

Los PIC 16F877A, 16F871, 16F870, 16F84, 16F628, poseen el módulo de interrupción externa

controlador por pin RB0, para otros modelos de microcontrolador revise la hija de datos.

Utilizando la tarjeta de prototipos Si haz revisado otros artículos publicados por este servidor, habrás notado que siempre menciono a la

tarjeta de prototipos basado en microcontrolador de 40 pines, pues bien este artículo no es la

excepción, esta tarjeta es un circuito genérico diseñado por mí y sirve para desarrollar proyectos

rápidamente y a un costo razonable. Si estas interesado en construirla te recomiendo revises el tema

“Hid Bootloader + Tarjeta de prototipos para microcontrolador de 40 pines” en este mismo foro. Te

dejo unas fotografías para que la conozcas (ver figura 3)

Botones Detector de cruce por cero Optoacopladores

Switch Microcontrolador Triacs

PIC

Sensor, etc

Pulsantes de mando Interface a Potencia

CPU

Page 5: Super Dimmer

Figura 3. Tarjeta de prototipos para microcontrolador de 40 pines, puede servir como CPU para

el Super Dimmer

Page 6: Super Dimmer

Pulsantes de Mando Los pulsantes permiten iluminar o atenuar el brillo de las lámparas, también hemos dispuesto de un

switch, al pin MCLR, el mismo que servirá para apagar las lámparas totalmente. Es justo que ustedes

sepan que los pulsantes pueden ser reemplazados por otro dispositivo como ejemplo: un sensor, un

circuito integrado, el puerto paralelo de un PC, etc.

La Tarjeta de interface a potencia Para el súper dimmer se diseñó una tarjeta cuyas fotos se muestran en la figura 4. Lo diseñe en protel99

y adjunto el layer invertido y a escala natural listo para que apliques el método de la plancha.

Figura 4. Tarjeta de interfaz a potencia. Antes de armarla fíjese en los tres puentes que he ubicado en la

misma.

El propósito de los optoacopladores MOC3021 es aislar ópticamente cada pin del microcontrolador de la

corriente alterna. (Pero, como te dije los optoacopladores no son necesarios, pero ya que los tenía en la

tarjeta soldados, ni modo que los quite, verdad?)

Los triacs son switchs que conmutan a gran velocidad permitiendo o bloqueando el paso de corriente,

de esta manera se regula la intensidad de brillo de las mismas, mediante una técnica llamada

modulación de disparo por ancho de pulso.

No es indispensable que los triacs sean de un modelo especial, cualquier unidad que soporte 4A o más

te sirve.

Page 7: Super Dimmer

Tampoco hace falta de una red snuber debido a que estamos manejando cargas resistivas únicamente.

El esquemático para la tarjeta que vez en las fotos, se muestra en la figura 5.

Figura 5. Interface optoacoplada a circuitos de potencia, la red snuber conformada por la

resistencia de 2k y 1nf no es necesaria si vas a manejar lámparas u otra carga netamente

resistiva

Indicaciones para que armes la tarjeta de interface. Para quienes están interesados en construir esta tarjeta de interface a circuitos de potencia, presento la

siguiente fotografía con indicaciones y lista de materiales necesarios para soldar.

R1

220

1

2

6

4

U1

MOC3021

R2

180

U2Q7006L5

L1

120V

V1VSINE

PIN (PIC)

R92k

C11nF

R3

220

1

2

6

4

U3

MOC3021

R4

180

U4Q7006L5

L2

120V

V2VSINE

PIN (PIC)

R52k

C21nF

R6

220

1

2

6

4

U5

MOC3021

R7

180

U6Q7006L5

L3

120V

V3VSINE

PIN (PIC)

R82k

C31nF

R10

220

1

2

6

4

U7

MOC3021

R11

180

U8Q7006L5

L4

120V

V4VSINE

PIN (PIC)

R122k

C41nF

Page 8: Super Dimmer

Figura 6. Lista de materiales e indicaciones para la construcción de la tarjeta de interface a circuitos de

potencia

Funcionamiento Es difícil explicar, el funcionamiento de este sistema, pero voy a tratar de hacerlo;

1. Partamos de que el triac es un dispositivo que permite pasar o bloquear la corriente entre los

terminales MT1 y MT2.

2. Cuando generamos un pulso en el GATE el triac se cierra y deja pasar corriente entre sus

terminales, siempre y cuando el voltaje entre los terminales MT1 y MT2 sea distinto de cero.

3. Cuando la corriente alterna cruza por cero el triac se bloqueara y para activarlo nuevamente

será necesario imprimir otro pulso en el pin GATE

4. La modulación de disparo por ancho de pulso consiste en retrasar el tiempo que transcurre

entre la detección de cruce por cero y el flanco de subida del pulso que dispara el triac.

Dependiendo de si ese retraso es mayor o menor, la lámpara brillara más o brillara menos.

Observe como vamos atrasando el pulso de disparo cada vez que la corriente cruza por cero, es así

como vamos dosificando más o menos potencia:

Page 9: Super Dimmer

Figura 7. Modulación de disparo.

Simulación Para simular dibuje el siguiente esquemático;

Figura 8. Simulación del Súper Dimmer

X1

16MHz

C1

22p

C2

22p

RA0/AN02

RA1/AN13

RA2/AN2/VREF-4

RA4/T0CKI6

RA5/AN47

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI16

RC2/CCP117

RC318

RD0/PSP019

RD1/PSP120

RB7/PGD40

RB6/PGC39

RB538

RB437

RB3/PGM36

RB235

RB134

RB0/INT33

RD7/PSP730

RD6/PSP629

RD5/PSP528

RD4/PSP427

RD3/PSP322

RD2/PSP221

RC7/RX/DT26

RC6/TX/CK25

RC524

RC423

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI15

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F871

Ilum

inar

Ate

nu

ar

R21k2

R31k2

R4

500K

V1

VSINE

VA=60V

SW1

SW-SPST

R14k7

Apagar

A B C D

Page 10: Super Dimmer

Siga los siguientes pasos

1. Cargue el SDimmer.cof en el microcontrolador virtual

2. Configure para trabajar con un cristal de 20 Mhz (puede trabajar también con uno de 16 Mhz)

3. Ejecute la simulación

4. Con los pulsantes atenuar e iluminar vaya regulando el retraso de pulso

5. Note como la señal se va graficando en el osciloscopio

Figura 9. Señales que muestra el osciloscopio virtual.

Recomendaciones

1. Es posible que el dimmer este de regular, ya que depende mucho del TRIAC que esté utilizando y

de la frecuencia de red (50 o 60Hz), para ello modifique la variable DEMO3 en el código fuente,

puede variar entre un valor entre 0 y 255, su labor es ir sintonizando hasta poder tener un

dimmer que regule el brillo en escala lineal. (DEMO3 es la demora que existe entre el flanco de

subida y la detección del cruce por cero)

2. El hecho de que el dimmer posea 4 canales, no quiere decir que usted está limitado a usar 4

lámparas, si usted tiene un TRIAC que soporte 16A por ejemplo podría conectar hasta 4

lámparas en paralelo para cada canal (ver figura 10)

Page 11: Super Dimmer

Figura 10. Varias lámparas conectadas en un solo canal.

R1

220

1

2

6

4

U1

MOC3021

R2

180

U2Q7006L5

V1

VSINE

L1

120V

L2

120V

L3

120V

L4

120V

R1(1)

Page 12: Super Dimmer

Agradecimientos Este proyecto fue desarrollado en el mes de junio del 2007, recuerdo que estaba muy necesitado de

dinero en esos días, y un amigo y cliente me encargo realizar este trabajo, no tenía ni la más cojonuda

idea de cómo realizarlo, el reto era terminarlo en una semana, lo conseguí en tres días… les cuento esto

porque desde ese día aprendí que los malos momentos te obligan a ser mejor.

Este trabajo se utilizó para controlar la iluminación de una estancia mediante un computador, en

función a la luz que incide en un luxómetro que se comunicaba con el PC vía RS232. Lo que más adelante

me sirvió como parte de la tesis para graduarme como ingeniero… agradezco pues, a los malos tiempos

que son los que me han dejado la enseñanza más valiosa…

Atentamente

Raúl Barreto Quinteros.

Ecuador, 02 septiembre 2011

[email protected].

Telf.:087017318

“La conclusión del asunto habiéndose visto y oído todo, es;

Teme al dios verdadero y guarda sus mandamientos

Porque este es todo el deber del hombre.

Porque el Dios mismo traerá toda clase de obra

A juicio con relación a toda cosa escondida, en cuanto a si es buena o mala”

-Eclesiastés, 12.3-