super dimmer
TRANSCRIPT
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.
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
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
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
Figura 3. Tarjeta de prototipos para microcontrolador de 40 pines, puede servir como CPU para
el 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.
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
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:
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
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)
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)
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
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-