FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
CURSO: TEMA:
ELECTRÓNICA Y ELECTRICIDAD SISTEMA SISTEM A DE ALARMA PARA CASAS CON DETECTORES MAGNETICOS (RED SWITCH)
INTEGRANTES: JAIMES ALVAREZ, NATHALY SALAZAR VILLEGAS, SERGIO VEGA LOPEZ, RICHARD MARTINEZ RODRIGUEZ, AXEL LEWIS FLORES, KEVIN
AÑO 2017
1
INDICE
pag
I.
Introducción …………………………………………..……………………… 4
II.
Justificación …………………………………………………………………..5
III.
PAANTEAMIENTO PAANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ……………………..………………6
IV.
FORMULACION DEL PROBLEMA …………………………………………6
V.
OBJETIVOS ………………………………………………………...…………7 5.1 Objetivo General 5.2 Objetivos Específicos
VI.
ANTECEDENTES ……………………………………………………………. 7 6.1 Tesis Internacionales 6.2 Tesis Nacionales
VII.
ELABORACION DE LA HIPOTESIS ……………………….......................9
VIII.
MARCO TEORICO ………………………………………………..…………10 8.1 Sistema de Alarmas ……………………………………………………10 8.1.1 Función de sistema de Alarmas 8.1.2 Funcionamiento 8.1.3 Partes del sistema 8.2 ¿Qué es una zona? …………………………………………………….12 8.2.1 Configuración de zonas 8.2.2 Tipos de Zonas 8.3 Elementos de Detección……………………………………………… 14 8.3.1 Detección Perimetral 8.3.2 Magnéticos 8.3.2.1
Funcionamiento
8.3.2.2
Tipos de detectores Magnéticos
8.3.3 Sensor LDR IX.
DESARROLLO DEL PROYECTO …………………………………………18 9.1 Materiales ……………………………………………………………….18 9.2 Conceptos Generales de Materiales ………………………………..20 9.2.1 Transistores 9.2.2 Diodos 9.2.3 Condensadores 9.2.4 Diodos LED 2
9.2.5 Resistencias 9.2.6 Bobinas 9.2.7 Sensor LDR 9.2.8 Protoboard 9.2.9 Estaño 9.2.10 Cables 9.3 Funcionamiento de Alarma con REED SWITCH …………………30 9.3.1 Instrucción de Instalación 9.3.2 Descripción 9.4 Instalación de sensor LDR LDR ……………………………………………33 X.
BENEFICIOS DEL SENSOR ……………………………………………….34
XI.
UTILIDADES A LA COMUNIDAD …………………………………………35
XII.
RECOMENDACIONES EN LA SELECCIÓN DEL PANEL ………..……36
XIII.
ANALISIS DE LOS COSTOS ………………………………………………36
XIV.
RESULTADOS ……………………………………………………………… 36
XV.
CONCLUSIONES ……………………………………………………………37
XVI.
ANEXOS ……………………………………………………………………...38
3
I.
INTRODUCCIÓN El proyecto propuesto muestra que hoy en día es muy común robos en viviendas esto pasa con mayor frecuencia que en tiempos pasados, con esta problemática policías, guardias, no pueden controlar todas las viviendas. La seguridad ciudadana es un factor crítico en el Perú. Hoy en día no estás seguro ni siquiera dentro de tu hogar. Es por ello que los robos a viviendas peruanas aumentaron en los últimos años y además, existen mayor número de modalidades de robo por parte de los delincuentes. Estos robos suceden en un lapso muy corto, entre esto hay bienes económicos dentro de una vivienda, incluso en algunas viviendas poseen más bienes económicos, ante esta problemática surge la necesidad de instalar un sistema de seguridad en las viviendas. De acuerdo con el reporte de las Estadísticas de Seguridad Ciudadana del INEI (Instituto Nacional de Estadística e Informática) solo en los primeros meses del 2017 (enero a marzo), el 26.5% entre ellos viviendas, negocios y personas a nivel nacional urbano fueron víctimas de algún robo o intento de robo. Para la elección de este proyecto primero nos enfocamos en buscar una problemática por la cual actualmente estemos pasando, seguido ya teniendo el problema procedimos a buscar diferentes soluciones posibles, en el cual después de un largo debate decidimos elaborar un sistema de seguridad, el cual tendrías que generar una solución de manera práctica y eficaz, a su vez generando el bienestar de estar seguro de las personas que lo utilicen. Por lo tanto tener un sistema sistema de seguridad seguridad que ayude ayude a las personas personas a mantenerse seguros es una necesidad fundamental. Como se sabe existen muchas empresas en el Perú que se dedican a brindar diferentes sistemas tecnológicos de seguridad a los negocios como restaurantes, discotecas, joyerías, etc, descuidando descuidando que el problema de la inseguridad inseguridad también se encuentra en los hogares de todos los peruanos, enfocándonos ahí nuestro proyecto.
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II.
JUSTIFICACIÓN En el mundo actual las posibilidades para ofrecer seguridad a lugares que la requieran, son enormes, una de ellas, lo constituye el usar aparatos que simplifiquen y hagan menos costoso la labor de vigilar, recurriendo a los avances tecnológicos que la informática, las redes y la sensórica nos brindan. Este proyecto ira orientado a la inseguridad que se muestra en estas épocas, está en un índice muy elevado, donde los policías no tienen el poder de proteger a todas las viviendas o domicilios de cada lugar, donde el obtener una alarma se vuelve cada día algo más necesario para estar protegidos de la delincuencia que acecha nuestros hogares y muestra la inseguridad que tiene el país. Una alarma es un formidable sistema dinosaurio que hace que aquellas personas que acceden a una casa o negocio se ven en el compromiso de salir corriendo ante la posible llegada de la policía, alertada por las llamadas de los vecinos o del propio sistema, que puede comunicarlo al propietario o propietaria. Al instalar sensores no se precisa tener un vigilante dedicado a esa labor, solo basta que el sensor detecte un intruso, para que envíe una señal y active otro dispositivo como puede ser una bocina que ponga en evidencia a quien ha entrado sin autorización. Comparativamente con otras soluciones de seguridad, esta con sensores es mucho más económica y fácil de implementar, ya que con una inversión mínima y una capacitación básica elemental se puede contar con un recurso de seguridad permanente y de comprobada eficiencia. Estadísticamente está demostrado que los amigos de lo ajeno intentan acceder mucho menos en establecimientos y casas que tengan dispositivos disuasorios como una sirena a la vista, carteles avisando de la existencia de un sistema de vigilancia o sensores de movimiento en los puntos de acceso, que en lugares que carezcan de estos elementos, lo que demuestra que la disuasión ya es un primer paso que los ladrones tienen en cuenta. Con tantas modalidades y porcentajes de robo o hurto a viviendas, es vital tomar las medidas de seguridad necesarias complementándolas con un seguro que lo proteja ante este impase. La razón por la cual me propongo este proyecto control de diferentes circ uitos ayuda a una mejor comprensión de la carrera que se va a seguir siendo un apoyo de conocimientos para futuros proyectos de sensores. 5
III.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El ser humano siempre se ha movido por el impulso innato de satisfacer sus necesidades básicas, esto lo ha llevado a evolucionar para poder controlar, de cierta manera, su supervivencia. Sin embargo, también han surgido necesidades que ahora son importantes satisfacer. Una de ella es la seguridad. La mayoría de los hogares actuales, los cerrojos en puertas y ventanas pueden detener a alguien que trate de darle vuelta a la perilla, pero no detendrán a un ladrón decidido o de profesión. En algunos casos los robos residenciales, los ladrones entraron por una ventana o puerta que no estaba asegurada o por no poseer un sistema de alarma. Existe una gran variedad de sistema seguridad, pueden encontrarse desde sencillos dispositivos en una red de seguridad poco compleja implementados para hogares, hasta inteligentes en donde los dispositivos son capaces de tomar decisiones y se desenvuelve en un ambiente distribuido, estos son diseñados para cubrir las necesidades de empresas muy grandes. Por eso mediante la elaboración de una alarma mediante un circuito que funcione solo cuando ciertas condiciones ocurran, es de una forma una ayuda a la comunidad la cual se ha visto preocupada por los constantes robos que vive a sus domicilios, el circuito integrado, tiene propuesto ser una ayuda a las personas, para así frenar el índice de delincuencia.
IV.
FORMULACION DEL PROBLEMA.
¿Cómo le beneficia a usted este proyecto y de qué manera puede ayudar a la comunidad?
¿Cómo ayudaría este proyecto a mejorar la calidad de vida de la comunidad?
¿Cómo este proyecto está dirigido al estudio de su carrera y como le beneficia aprender esta información de una manera temprana?
¿Qué elementos se utilizaran para realizar el proyecto y como su utilización le ayuda a mejorar el conocimiento acerca de elaborar un circuito?
¿Qué objetos de la vivienda se pretende proteger mediante el implemento de esta alarma al domicilio de cada persona?
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V.
OBJETIVOS
5.1 Objetivo general: Diseñar una alarma que permita la seguridad de una vivienda, además dar a conocer a la población una opción de seguridad de manera práctica, eficaz y económica.
5.2 Objetivos específicos:
Estudiar e identificar claramente cada uno de los componentes estudiados en la asignatura de Electrónica y electricidad.
Adquirir habilidad con los distintos implementos como el cautín, multi tester, baquelita, etc., para el montaje de cualquier circuito.
Analizar profundamente el diagrama esquemático, para luego realizar el montaje de los componentes en el circuito impreso.
Adquirir destreza para diseñar cualquier circuito.
Conocer como formar el circuito para que el sistema de alarma funcione con las condiciones propuestas.
Determinar las áreas importantes donde se debe implementar la alarma.
VI.
ANTECEDENTES
6.1 Tesis internacionales Según Salazar (1999) en su trabajo “Módulo didáctico de un sistema de alarmas con mando central de operación, utilizando un micro controlador” cuyo objetivo de este sistema fue de detectar la condición dada por una variable y procesar esta información, para realizar una función específica, de tal forma brindar seguridad física a las personas y los bienes en una zona preestablecida de manera rápida y confiable. Según Alulema (2010) en su trabajo “Estudio de la comunicación con comandos AT y micro controladores caso practico implementación de un prototipo sistema de gestión de alarma para viviendas con monitoreo mediante telefonía celular” 7
cuyo objetivo fue diseñar e implementar un sistema de seguridad domestico utilizando comandos AT que permita al usuario, sin importar donde se encuentre, darse cuenta inmediatamente las interrupciones en su hogar. Según Sánchez y Valdivia (2008) en su trabajo “Automatización de iluminación de un edificio gubernamental” cuyo objetivo fue diseñar la automatización del
sistema de iluminación de un edificio gubernamental para eficientar su operación y mantenimiento evitando el desperdicio de la energía eléctrica y abatir costos. Según Cuzco y Layana (2012) en su trabajo “Sistema de alarma automatización y control de equipos a distancia a través de una línea telefónica y página Web “cuyo objetivo principal fue programar los micro controladores de tal manera que
pueda procesar los datos de entrada y obtener los datos de salida necesarios para la activación de las opciones en el hogar y crear un producto tecnológico el cuál sea dirigido al mercado de la construcción de viviendas y pueda ser implementado. Según Játiva (2010) en su trabajo “Sistema de puertas con sensores para la apertura en paradas autorizadas en buses del servicio urbano del distrito Metropolitano de Quito “cuyo objetivo fue innovar en el rubro del transporte público fabricando un sistema que permita la apertura y cierre de las puertas de los buses en los paraderos autorizados facilitando así el trabajo de los transportistas.
6.2 Tesis nacionales Según Montalvo (2010) en su trabajo “Diseño de un sistema de iluminación inteligente aplicado al primer piso del pabellón V de la PUCP “cuyo objetivo principal fue diseñar un sistema centralizado que permita controlar el encendido/apagado de las lámparas, siempre que se detecten personas en el área a iluminar y de acuerdo a la cantidad de luz natural recibida, así como también regular la intensidad luminosa que proporcionan las mismas, dependiendo del tipo de ambiente que se utiliza. Según Ugarte (2012) en su trabajo “Diseño de un sistema de iluminación inteligente y de evacuaciones en casos de sismos “cuyo objetivo fue desarrollar un sistema capaz de detectar actividad sísmica a fin de alertar a las personas 8
con alarmas así como ayudarles a evacuar, guiándolas a las salidas mediante señalización luminosa, pudiendo funcionar de manera autómata ante un eventual falla en el suministro eléctrico. Según Hidalgo (2007) en su trabajo “Diseño del sistema de iluminación automatizado para una oficina en un edificio inteligente, basado en tecnología inalámbrica ZIGBEE “cuyo objetivo principal fue diseñar un sistema regulable e inalámbrico para controlar la intensidad luminosa en un ambiente de trabajo de acuerdo a sus propias necesidades, maximizando el grado de confort y reduciendo el desperdicio de la energía eléctrica. Según Utrilla (2014) en su trabajo “Sistema de arquitectura multisensorial para supervisión y seguridad industrial aplicando tecnología de inteligencia artificial “cuyo objetivo fue incrementar el nivel de seguridad industrial en las empresas y
optimizar la relación costo-beneficio a través del modelamiento electrónico de un sistema de supervisión y seguridad industrial, con tecnología de inteligencia artificial. Según Giraldo (2010) en su trabajo “ Control de vibraciones para casas de tierra en Perú “ cuyo objetivo principal fue analizar el campo de vibraciones causadas
por las actividades humanas haciendo el empleo de sensores de movimiento permitiendo así tener un control de las vibraciones que son causadas respecto al tema de voladuras en la minera Yanacocha.
VII.
ELABORACIÓN DE LA HIPOTESIS
Hipótesis de primer grado En este proyecto debemos saber que una alarma es un sistema de ayuda hacia las personas que sufren de la inseguridad que se muestra en nuestra sociedad, también una forma de ayuda de la tecnología que está a nuestras manos.
HIPÓTESIS DE SEGUNDO GRADO.Compilar datos relacionados a la realización de una alarma, esto facilitara una mejor comprensión en el tema construcción de circuitos que debemos conocer en la carrera de Ingeniería Industrial.
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VIII.
MARCO TEÓRICO
8.1 Sistema de alarmas Un sistema de alarma es un conjunto de dispositivos mecánicos o electrónicos que se utilizan en diversas tecnologías, advierten sobre un ingreso no autorizado. Es un elemento muy empleado en la seguridad y aunque si bien el mismo no evita por completo que se suceda alguna situación anormal resulta muy útil para prevenirla, ya que es capaz de advertir acerca de ella, por ejemplo, avisar cuando algún intruso ingresa a nuestra propiedad, sonar cuando se detecte la presencia de fuego, el desborde de algún tanque de agua, la presencia de
algunos
agentes
contaminantes,
entre
otras
alternativas.
Su funcionamiento consiste en el envío de una señal de alerta a la unidad central de la alarma, luego, ésta emitirá la comunicación pertinente con el lugar y de no hallar respuesta enviará al personal correspondiente al lugar, por ejemplo, un escuadrón de bomberos en caso de tratarse de una alarma de incendio.
8.1.1 Función de sistema de alarma La función de un sistema de alarmas es la de advertir el ingreso no autorizado en una vivienda o local comercial con el uso de elementos lumínicos o sonoros que generan una respuesta. No evitan una situación anormal pero son capaces de advertir de ella.
Cumple una función disuasoria frente a posibles problemas.
La intrusión de personas.
Inicio de fuego.
El desbordamiento de un tanque.
La presencia de agentes toxicas.
Cualquier situación que sea anormal para el usuario
Son capaces además de reducir el tiempo de ejecución de acciones a tomar en función del problema presentado. Reduciendo así las pérdidas.
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8.1.2 Funcionamiento Una vez que la alarma comienza a funcionar, o se activa dependiendo del sistema instalado esta puede tomar acciones de forma automática (sonidos, comunicación con central, etc.). Para esto la alarma tiene que tener conexiones de entrada, para los distintos tipos de detectores y conexiones de salida para activar otros dispositivos que son os que se ocupan de hacer sonar la sirena, abrir las rociadores o cerrar las puertas. Todos los sistemas de alarmas traen conexiones de entrada para los detectores y por lo menos una de salida para la sirena. Si no hay más conexiones de salida, la operación de comunicar a un servicio de monitoreo, abrir el rociador o cerrar las puertas deberá ser realizado en forma manual por el operador.
8.1.3 Partes del sistema Un sistema de alarma se compone de varios dispositivos conectados a una central procesadora.
Central procesadora: Es la CPU del sistema. En ella se alberga la placa base, la fuente y la memoria central. Esta parte del sistema es la que recibe las diferentes señales que los sensores pueden emitir y actúa e consecuencia disparando una alarma.
Teclado: es el elemento más común y fácil de identificar en una alarma. Se trata de un teclado numérico del tipo telefónico. Su función principal es la de permitir a los usuarios autorizados armar (activar) y desarmar (desactivar) el sistema.
Gabinete de sirena: es el elemento más visible desde el exterior. Se trata de una sirena con autonomía propia (puede funcionar
aun si se le corta el
suministro de corriente alterna, o si se pierde comunicación con la central procesadora. Puede tener además diferentes sistemas luminosos que funcionan junto con la disuasión sonora.
Detectores PIR: Son sensores que detectan cambios de temperatura y movimiento. Si estos sensores detectan movimiento estando el sistema conectado, disparan una alarma.
Detectores magnéticos: se trata de un sensor que forma un circuito cerrado por un imán y un contacto muy sensible que al separarse, cambia el estado provocando una salida de alarma. 11
COMPONENTES DEL SISTEMA Dispositivos PIR, contactos magnéticos, foto
ENTRADA
eléctricos, rotura de vidrio, pulsadores de asalto, barreras infrarrojas, dispositivos inalámbricos, etc.
CONTROL
SALIDA
Gabinete metálico, tarjeta (cerebro), transformador, batería de respaldo, teclado, etc.
Sirenas, parlantes, luces, estroboscópicas, sirenas con flash, zumbador, etc.
8.2 ¿Qué es una zona? Una zona es la característica que presenta el panel de control en indicarnos de cierta manera el número de sensores de alarmas o puntos que se pueden ser monitoreadas por el panel de control en forma independiente.
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No quiere decir el número de dispositivos o sensores que se pueden conectar al panel de control, ya que podemos interconectar los sensores de cierta forma, permitiendo conectar más de un sensor a una zona.
8.2.1 Configuración de zonas Cableadas Es una zona que esta conectada directamente a la placa de panel o una placa de expansión mediante cables
De software En este caso no hay conexión física, sino la asignación de una función a una zona mediante programa, por ejemplo, los pulsadores inalámbricos o teclas de función del teclado.
Inalámbricas Son zonas que el panel maneja a través de un módulo receptor inalámbrico, el cual puede estar interno o externo a la placa del panel.
8.2.2 Tipos de zonas Retardo de intrusión entrada/salida. Este tipo de zona suministra un retardo de entrada siempre que la zona se abra, cuando el panel esta armado en los modos de armado AWAY (nadie se encuentra en casa) o en los modos STAY (alguien se encuentra en casa). Cuando el panel se encuentra armado en los modos INSTANTANEO o máximo (nadie se encuentra en casa) no hay retardo de entrada. El retardo de salida comienza cuando el panel es armado, sin importar el modo de armado seleccionado. Además el tiempo de los retardos es seleccionado en programación. Este tipo de zona es usualmente asignada a los sensores o contactos de puertas de acceso principal. En ciertos paneles existen dos tipos de retardo de entrada/salida, con la única diferencia que en uno se puede programar más tiempo de entrada/salida que en otro. Esto es utilizado por ejemplo 13
cuando se tienen un garaje es necesario más tiempo para ingresar a la casa que cuando se accede por la puerta principal.
Intrusión perimetral Este tipo de zona de una alarma instantánea si la zona es abierta cuando el panel es armado sin importar el modo que se seleccione. Este tipo de zona es usualmente asignada a todos los sensores o contactos magnéticos en puertas y ventanas que dan al exterior.
8.3 Elementos de detección 8.3.1 Detección perimetral La detección de intrusos en una propiedad se puede hacer de varias maneras. Básicamente podemos decir que detectar un intento de intrusión o una violación de las aberturas de un inmueble es una detección perimetral ,
y esta comprende la apertura
de puertas, ventanas, claraboyas, portones y persianas que dan al exterior. La detección perimetral permite dar aviso de intrusión en el momento en que se produce la violación de una abertura, antes de que el intruso ingrese en la propiedad.
8.3.2 Magnéticos
Los dispositivos utilizados son los detectores magnéticos. Hay una buena cantidad de modelos de magnéticos en plaza, pero todos consisten en dos piezas apareadas: el imán y el contacto de ampolla.
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Eléctricamente,
es
un
interruptor
momentáneo, tal como un pulsador y se presenta con contacto normalmente abierto (NA), normalmente cerrado (NC) o inversor (NA y NC).
8.3.2.1
Funcionamiento
Su funcionamiento es sencillo: los contactos de la ampolla están imantados, y en presencia del campo magnético del imán cambian de posición abriendo o cerrando un circuito. No es necesario que ambas piezas se toquen; bastará que la ampolla esté dentro del campo magnético del imán. La ventaja de los detectores magnéticos es que no tienen contacto físico con las partes móviles de la abertura, ya que su contacto está dentro de una ampolla de vidrio al vacío lo que lo hace más duradero y eficaz al no depender de rugosidades o bordes del marco de la puerta. El sensor magnético se utiliza para proteger puertas y ventanas, con bisagra o corredizas, portones, cortinas metálicas, claraboyas, y en general todo tipo de apertura.
8.3.2.2
Tipos de detectores magnéticos
Hay en el mercado una extensa variedad de modelos según la aplicación que se desea darle: • Normal, con bornera:
Es el más usado de toda la gama. Posee una bornera de 2 terminales para conectar el cable y se atornilla al marco o puerta, hasta incluso se encuentran adhesivos. 15
• Pre cableado:
Similar al anterior pero con un par de cables para su conexión.
• De embutir:
Cilíndricos, con forma de tarugo de madera, se utilizan embutidos en la carpintería de puertas y ventanas dejando a la vista sólo un círculo pequeño de 12mm. Se utilizan en lugares donde priva la estética, y los hay para carpintería de madera y para metal. El detector magnético para carpintería metálica está rodeado por un anillo que aísla la ampolla del metal del marco para que éste no desvíe el campo magnético del imán. • blindado para portón:
Es un magnético robusto, blindado en aluminio. La ampolla viene encapsulada y con forma tal que de ser instalado en el suelo admite pesos sobre él, incluso el paso de una rueda de vehículo. La salida es pre cableada con un chicote metálico flexible que asegura la integridad del cable. Su alcance es de 15 a 20 mm .
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8.3.3 Sensor LDR Un LDR es un resistor que varía su valor de resistencia eléctrica dependiendo de la cantidad de luz que incide sobre él. Se le llama, también, foto resistor o fotorresistencia. El valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en él (en algunos casos puede descender a tan bajo como 50 ohms) y muy alto cuando está a oscuras (puede ser de varios megaohms).
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IX.
DESARROLLO DEL PROYECTO
9.1 Materiales
Lista de piezas: C1 1 microfaradio 25V. (Electrolítico) C2 0,1 microfaradio, 10V en adelante C3 100 microfaradios o más, 16 o 25V. Q1 2N2222A Q2 2N3906 Rly Relé mediano, bobina de 12 voltios. Led cualquier led convencional
-Q1 es un transistor NPN de 600mA 2N2222A,
-Q2 es un transistor PNP de baja potencia 2N3906, es el encargado que el sistema se quede activado hasta que se apague o se oprima el reset.
-Los diodos D1, D2 y D3 pueden ser 1N4148, o diodos rectificadores similares al 1N4001.
-C2 es de 0,1 microfaradio (104), su función es muy importante para evitar que el circuito se active "solo" al conectarse.
-C1 y C4 son para filtrar las entradas contra interferencias que pueden entrar por el cableado a las puertas y sensores de la casa.
Utilizamos 1 tipos de entrada: (NC) normalmente cerrado: generalmente para interruptores magnéticos (reed switch), conectados en serie. 18
-Lista de piezas: -R1 10K -R2 10K -R3 47K -R4 22K -R5 22K -R6 1K -R7 15K -R8 3.3K -C1 1 microfaradio 25V.(electrolítico) -C2 0,1 microfaradio, 10V en adelante -C3 100 microfaradios o más, 16 o 25V. -C1 1 microfaradio 25V.(electrolítico) -Q1 2N2222A (NPN) -Q2 2N3906 (PNP) -Rly Relé mediano, bobina de 12 voltios. -Led cualquier led convencional -Sirena -Protoboard -Estaño
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9.2 Conceptos generales de materiales 9.2.1 Transistores: Un transistor es un dispositivo que regula el flujo de corriente o de tensión actuando como un interruptor o amplificador para señales electrónicas. El transistor, inventado en 1951, es el componente electrónico estrella, pues inició una auténtica revolución en la electrónica que ha superado cualquier previsión inicial. También se llama Transistor Bipolar o Transistor Electrónico. El Transistor es un componente electrónico formado por materiales semiconductores, de uso muy habitual, pues lo encontramos presente en cualquiera de los aparatos de uso cotidiano como las radios, alarmas, automóviles, ordenadores, etc. Los transistores son unos elementos que han facilitado, en gran medida, el diseño de circuitos electrónicos de reducido tamaño, gran versatilidad y facilidad de control. En la siguiente imagen podemos ver varios transistores diferentes. Transistores.
Transistor NPN: Un transistor NPN recibe voltaje positivo al terminal de colector y voltaje
positivo al terminal de base para un funcionamiento
correcto. La corriente necesita ser originada a la base del transistor para su funcionamiento. Esto significa que las necesidades actuales deben fluir hacia la base. Un transistor NPN requiere una corriente positiva a la base.
Transistor PNP: En un transistor PNP, la corriente fluye fuera de la base (corriente negativa a la base) dando a la terminal de base una más negativa (una inferior) tensión que lo que es suministrado al terminal emisor. La corriente se obtiene o se hunde desde la base del transistor a tierra para el funcionamiento. Esto significa que la corriente debe salir de la base. Un tránsito PNP requiere corriente negativa a la base.
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9.2.2 Diodos: El Diodo es un componente electrónico que solo permite el paso de la corriente en un sentido (por eso es un semiconductor, porque es conductor solo en determinadas condiciones). Si el ánodo (triángulo en el símbolo y patilla de la parte negra en el diodo real) se conecta al polo positivo y el cátodo (Raya en el símbolo y patilla de la franja gris en el diodo real) al negativo, entonces por el diodo podrá circular corriente, sería similar a un interruptor cerrado. Así conectado, se dice que está polarizado directamente. Si lo conectamos al revés la corriente no pasará a través del diodo, será como un interruptor abierto. En el diodo real, para identificar el cátodo, es la parte de la banda de color gris del diodo.
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El diodo polarizado directamente permite el flujo a través de él de los electrones, o lo que es lo mismo permite el paso de la corriente eléctrica. En polarización inversa no permite el paso de lo electrones por él.
Diodos rectificadores: El diodo rectificador es uno de los mecanismos de la familia de los diodos más sencillos. El nombre diodo rectificador deriva de su aplicación, la cual reside en separar los ciclos positivos de una señal de corriente alterna. Si se aplica al diodo una tensión de corriente alterna durante los medios ciclos positivos, se polariza en forma directa; de esta manera, permite el paso de la corriente eléctrica. Pero durante los medios ciclos negativos, el diodo se polariza de manera inversa; con ello, evita el paso de la corriente en tal sentido. Durante la fabricación de los diodos rectificadores, se consideran tres factores: la frecuencia máxima en que realizan correctamente su función, la corriente máxima en que pueden conducir en sentido directo y las tensiones directa e inversa máximas que soportarán.
9.2.3 Condensadores Un condensador, también llamado capacitor, es un componente eléctrico que almacena carga eléctrica, para liberarla posteriormente. También se suele llamar capacitor eléctrico. En la siguiente imagen vemos varios tipos diferentes.
Para almacenar la carga eléctrica, utiliza dos placas o superficies conductoras en forma de láminas separadas por un material dieléctrico (aislante). Estas placas son las que se cargarán eléctricamente cuando lo conectemos a una batería o a una fuente de tensión. Las placas se cargarán con la misma cantidad de carga (q) pero con distintos signos (una + y la otra -). Una vez cargado ya tenemos entre las dos placas una d.d.p o tensión, y 22
estará preparado para soltar esta carga cuando lo conectemos a un receptor de salida.
El material dieléctrico que separa las placas o láminas suele ser aire, tantalio, papel, aluminio, cerámica y ciertos plásticos, depende del tipo de condensador. Un material dieléctrico es usado para aislar componentes eléctricamente entre sí, por eso deben de ser buenos aislantes. En el caso del condensador separa las dos láminas con carga eléctrica. La cantidad de carga eléctrica que almacena se mide en Faradios. Esta unidad es muy grande, por eso se suele utilizar el microfaradio, 10 elevado a menos 6 faradios. 1 µF = 10-6 F. También se usa una unidad menor el picofaradio, que son 10 elevado a menos 12 Faradios. 1 pF = 10-12 F. Esta cantidad de carga que puede almacenar un condensador, se llama Capacidad del Condensador y viene expresada por la siguiente fórmula: C=q/V q = a la carga de una de los dos placas. Se mide en Culombios. V = es la tensión o dp entre los dos extremos o placas o lo que es lo mismo la tensión del condensador. Se mide en voltios.
9.2.4 Diodos Led: Comportamiento de los diodos emisores de luz (LED): Un diodo Led es un diodo que además de permitir el paso de la corriente solo un sentido, en el sentido en el que la corriente pasa por el diodo, este emite luz. Cuando se conecta un diodo en el sentido que permite el paso de la corriente se dice que está polarizado directamente. Los Leds tienen dos patillas de conexión una larga y otra corta. Para que pase la corriente y emita luz se debe conectar la patilla larga al polo positivo y la corta al negativo.
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Funcionamiento de los diodos emisores de luz (LED): Cuando se conecta con polarización directa el diodo led el semiconductor de la parte de arriba permite el paso de la corriente que circulará por las patillas (cátodo y ánodo) y al pasar por el semiconductor, este semiconductor emite luz.
En la figura de arriba puedes ver un led polarizado directamente e inversamente en serie con una bombilla. Lo mismo ocurre con el led, lo que pasa que no hace falta la bombilla por que el ya emite luz por si solo en polarización directa
9.2.5 Resistencias: La resistencia eeléctrica es la oposición o dificultad al paso de la corriente eléctrica. Cuanto más se opone un elemento de un circuito a que pase por el la corriente, más resistencia tendrá. Todos los elementos de un circuito tienen resistencia eléctrica. La resistencia eléctrica se mide en Ohmios (Ω) y se representa con la letra R.
En un circuito de corriente continua podemos calcular la resistencia despejándola de la fórmula de la ley de ohm: R = V/I; V en voltios e I en amperios nos dará la resistencia en Ohmios (Ω). Para el símbolo de la resistencia eléctrica, dentro de los circuitos eléctricos, se pueden utilizar dos diferentes:
Da igual usar un símbolo u otro. 24
Aunque en los circuitos pequeños la resistencia de los conductores se considera la mayoría de las veces cero, cuando hablamos de circuitos donde los cables son muy largos, debemos calcular el valor de la resistencia del conductor entre un extremo y el otro del cable. Para saber el valor de un resistencia tenemos que fijarnos que tiene 3 bandas de colores seguidas y una cuarta más separada. Leyendo las bandas de colores de izquierda a derecha las 3 primeras bandas nos dice su valor, la cuarta banda nos indica la tolerancia, es decir el valor + - el valor que puede tener por encima o por debajo del valor que marcan las 3 primeras bandas. El color de la primera banda nos indica la cifra del primer número del valor de la resistencia, el color de la segunda banda la cifra del segundo número del valor de la resistencia y el tercer color nos indica por cuanto tenemos que multiplicar esas dos cifras para obtener el valor, o si nos es más fácil, el número de ceros que hay que añadir a los dos primeros números obtenidos con las dos primeras bandas de colores. El valor de los colores los tenemos en el siguiente esquema:
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9.2.6 Bobina Es un componente pasivo de dos terminales que generan un flujo magnético cuando se hacen circular por ellas una corriente eléctrica. Se fabrican arrollando un hilo conductor sobre un núcleo de material ferromagnético o al aire. Su unidad de medida es el Henrio (H) en el Sistema Internacional, pero se suelen emplear los submúltiplos mH y mH. Sus símbolos normalizados son los siguientes:
Existen bobinas de diversos tipos según su núcleo y según tipo de arrollamiento. Su aplicación principal es como filtro en un circuito electrónico, denominándose comúnmente, choques.
9.2.7 Sensor LDR Un LDR es un resistor que varía su valor de resistencia eléctrica dependiendo de la cantidad de luz que incide sobre él. Se le llama, también, foto resistor o fotorresistencia. El valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en él (en algunos casos puede descender a tan bajo como 50 ohms) y muy alto cuando está a oscuras (puede ser de varios megaohms)
Aplicaciones o
Mediciones d luz cámaras digitales
o
Radios despertadores
o
IPhone y otros Smart phone
Alumbrado
o
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9.2.8 Protoboard Es una especie de tablero con orificios, en la cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para armar circuitos. Como su nombre lo indica, esta tableta sirve para experimentar con circuitos electrónicos, con lo que se asegura el buen funcionamiento del mismo. Estructura del protoboard: Básicamente un protoboard se divide en tres regiones:
A) Canal central: Es la región localizada en el medio del protoboard, se utiliza para colocar los circuitos integrados. B) Buses: Los buses se localizan en ambos extremos del protoboard, se representan por las líneas rojas (buses positivos o de voltaje) y azules (buses negativos o de tierra) y conducen de acuerdo a estas, no existe conexión física entre ellas. La fuente de poder generalmente se conecta aquí. C) Pistas: La pistas se localizan en la parte central del protoboard, se representan y conducen según las líneas rosas.
9.2.9 Estaño En electrónica, el sistema más utilizado para garantizar la circulación de corriente entre los diferentes componentes de un circuito, es la soldadura con estaño o aleaciones de este, según las aplicaciones. Se consiguen uniones muy fiables y definitivas, que permiten además sujetar los componentes en su posición y soportan bastante bien los golpes y las vibraciones, asegurando la conexión eléctrica durante un tiempo prolongado.
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El estaño que se utiliza en electrónica tiene alma de resina con el fin de facilitar la soldadura. Para garantizar una buena soldadura es necesario que tanto el estaño como el elemento a soldar alcancen una temperatura determinada, si esta temperatura no se alcanza se produce el fenómeno denominado soldadura fría. La temperatura de fusión depende de la aleación utilizada, cuyo componente principal es el estaño y suele estar comprendida entre unos 200 a 400 ºC. En realidad, el término "estaño" se emplea de forma impropia porque no se trata de estaño sólo, sino de una aleación de este metal con plomo, generalmente con una proporción respectiva del 60% y del 40%, que resulta ser la más indicada para las soldaduras en Electrónica. Para realizar una buena soldadura, además del soldador y de la aleación descrita, se necesita una sustancia adicional, llamada pasta de soldar, cuya misión es la de facilitar la distribución uniforme del estaño sobre las superficies a unir y evitando, al mismo tiempo, la oxidación producida por la temperatura demasiado elevada del soldador. La composición de esta pasta es a base de colofonia (normalmente llamada "resina") y que en el caso del estaño que utilizaremos, está contenida dentro de las cavidades del hilo, en una proporción del 2~2.5%. Éste es un rollo de estaño típico de 500 gr., aunque hay rollos más pequeños , ya que no suele resultar muy cómodo sujetar un peso de medio kilo mientras hacemos soldaduras.
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9.2.10 Cables El cable debe ser de un material conductor (que tenga átomos con electrones externos fácilmente desplegables del átomo y que se muevan fácilmente por él). Estos materiales son los metales (Cu, Al) o aleaciones metálicas. Las característica o magnitudes de los cables son: Resistencia, con la que dificulta el paso de la corriente, y grosor que debe ser adecuado a cada instalación para que no se caliente y se funda (o incendie el entorno). Estas dos magnitudes están relacionadas. Los cables que portan señales y no sólo corriente, deben ser protegidos con mallas eléctricas para que sus datos no sean perturbados por señales externas. El color del recubrimiento de los cables no influye para nada en la conducción, sólo es una ayuda para que el electricista pueda saber cuándo mira en el extremo de una conducción cuál está conectado a tensión, a tierra, etc. El cable de tierra es amarillo y verde que va desde los enchufes a una pica enterrada en los cimientos del edifico. Si pasa corriente a la carcasa de los aparatos por un mal contacto, la corriente deriva por ese cable antes que por nuestro cuerpo.
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9.3 Funcionamiento de la alarma con interruptor magnético reed switch Los contactos magnéticos producen una señal (abren o cierran un circuito) cuando se alejan uno del otro, con lo que el campo magnético varía y envían la señal al circuito al que están conectados. Cuando un contacto magnético se activa (ej: se abre una ventana), se abre el circuito y nos envía una señal al sistema domótica al que lo tengamos conectado. La mayoría de las alarmas para casa utilizan estos interruptores en las puertas. Generalmente constan de dos elementos, uno con el sensor (reed switch), donde se conectan los cables, y otro que contiene un imán en su interior. Para el funcionamiento óptimo se debe observar las marcas, que este caso son flechas o triángulos como en la foto del ejemplo. Por lo general estos interruptores son normalmente abiertos, pero al acercarles el imán se cierra, entonces con las puertas cerradas se toman como interruptores normalmente cerrados (NC).
9.3.1 Instrucción de instalación
Como el contacto magnético debe estar dentro del campo generado por el imán, la posición entre ambas partes requiere cierto cuidado. En principio, la distancia entre el imán y el con-tacto debe ser la menor posible dentro de la especificada por el fabrican-te. Este valor se conoce como brecha o gap. Cuanto mayor sea el valor especificado, es más sencillo regular el magnético para un buen funcionamiento. Las aberturas que tengan juego o que no encajen correctamente
presentan
inconvenientes
para
estos
dispositivos. Los magnéticos comunes deben estar paralelos a la abertura y entre sí, además de alineados y no desplazados.
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Al instalarlos hay que asegurarse que queden bien cerca o pegando, y que no se active si la puerta no cierra exacto. Si el marco de la puerta es de acero o hierro puede perderse campo magnético y puede ser necesario colocar un imán grande.
El interruptor o sensor es un pequeño bulbo de vidrio con dos contactos que se atraen
en
presencia
de
un
campo
magnético
(el
imán).
El nombre en inglés es reed switch y es más conocido que interruptor de lengüeta o interruptor de lámina. Existen "reed switch" menos comunes de 3 contactos: común, normalmente cerrado (NC) y normalmente abierto(NO) Para nuestra alarma utilizamos los más comunes, y se conectan en serie. Ejemplo:
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9.3.2 Descripción -
Características Alimentación:
no
requiere
alimentación
Tipo de contacto: Relé NA/NC -
Utilidades Muy util tanto para la detección de intrusión perimetral (seguridad independiente de los sensores PIR o complementaria a los mismos), control de climatización (desactivar una zona si la ventana / puerta esta abierta), como prerrequisito anterior al conectar la alarma ( que no haya ventanas/puertas
abiertas).
El ahorro energético que nos proporciona este tipo de instalaciones sobretodo como apoyo al control de la climatización zonal. -
Precios Podemos comprarlos en cantidad desde tiendas de mercado libre y obtener buenos precios, s/. 2.00 Reed swich NA, 100 Vdc, 0.5Amp, 2 x 14 mm.
-
Consejos Hay que preveer con antelación la colocación de este tipo de sensores en puertas y/o ventanas (preinstalación), ya que lo más complejo es llevar cable para transmitir la señal hasta nuestro equipo domótico, porque la instalación de este tipo de sensores es muy sencilla: La mayoría se pueden pegar con silicona (no hace falta atornillar).
Por último queremos recalcar el bajo precio que tiene este tipo de sensores en contrapartida con las múltiples aplicaciones que podemos realizar con ellos.
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9.4 Instalación de Sensor LDR Los LDR se fabrican con un cristal semiconductor fotosensible como el sulfuro de cadmio (CdS). Esta celdas son sensibles a un rango amplio de frecuencias lumínicas, desde la luz infrarroja, pasando por la luz visible, y hasta la ultravioleta. La variación de valor resistivo de un LDR tiene cierto retardo, qie es diferente si se pasa de oscuro a iluminado o de iluminado a oscuro. Por esta razón un LDR no se puede utilizar algunas aplicaciones, en especial en aquellas en que la señal luminosa varía con rapidez. El tiempo de respuesta típico de un LDR está en el orden de una décima de segundo. La lentitud relativa del cambio es una ventaja en algunos casos, porque así se filtran variaciones rápidas de iluminación que podrían hacer inestable un sensor (por ejemplo cuando está iluminado por un tubo fluorescente alimentado por corriente alterna), En otras aplicaciones (como la detección de luminosidad para saber si es de día o es de noche) la lentitud de la detección no es importante.
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X.
BENEFICIOS DEL SENSOR E ILUMINACIÓN Los beneficios de este sistema de sensor de movimiento se dividen en 4 ámbitos: 1. Economía: Es lo más importante que, el alto costo de mantenimiento, en su mayoría se debe al consumo de energía que genera mantener siempre prendidas las luces de las áreas comunes y pasillos. Por eso, es recomendable el uso de estos sensores, dado que solo se encienden las luminarias en presencia de movimiento en el sector instalado, y por tanto se logran importantes ahorros en el consumo eléctrico, sobre todo en lugares de escaso tránsito. 2. Seguridad: Hay muchos edificios que no solo tienen luminarias dentro sino también fuera de éste, lo que produce un consumo mucho mayor de energía. Para estos casos, una solución podría ser cambiar todas las luces e instalar focos ahorradores; sin embargo, es más conveniente implementar luces con sensores de movimiento, porque no solo te permiten ahorrar energía y sobre todo dinero, sino que en algunos casos puede ser un buen método de seguridad durante las noches. Una luz de seguridad con detección de movimiento permanece apagada hasta que es activada por alguien o algo que pasa cerca del sensor. Eso significa que si algún intruso caminara hacia la luz sin saber que está ahí, la activaría, con lo cual quedaría en evidencia y sería fácilmente detectable por el guardia del edificio o las cámaras de seguridad. 3. Ahorro de energía: Una luminaria normal debe encenderse con un interruptor y se mantiene prendida toda la noche hasta que la seguridad del edificio la apague al amanecer. Es común que en algunos casos éste se olvide de apagar las luces de algún pasillo o área en común, lo que estaría desperdiciando electricidad e incrementando el monto de la cuota de mantenimiento por consumo de energía. Una iluminaria con detección de movimiento se mantiene apagada de forma automática hasta que el sensor de movimiento la active, lo cual desperdicia menos energía. 4. Practicidad: Las luminarias funcionan de manera autónoma, por lo que se evita depender de intervenciones adicionales para operarlas, Pueda que 34
implementar estas luces dentro del edificio tenga un monto elevado, sin embargo, es una inversión de la cual genera satisfacción Ya que poco a poco irán notando una reducción significativa en la cuota mensual de mantenimiento, lo cual es mucho más beneficioso para su economía.
XI.
UTILIDADES QUE GENERA EN LA COMUNIDAD o
Los detectores magnéticos se utilizan mayormente para proteger una vivienda o comercio perimetralmente.
o
Son la primera barrera de detección ante la tentativa de intrusión, porque van colocados en las aberturas que dan al exterior. Por ejemplo ventanas y puertas.
o
Estos detectores nos permiten, mientras tengamos las aberturas “cerradas”, activar el sistema de alarma y permanecer dentro de la
vivienda, ya que solo se activarían si abrimos alguna de las ventanas o puertas donde estén instalados. o
Gracias a la variación automática de resistividad, se pueden realizar aplicaciones dependientes de estos cambios de luz generando así usos prácticos para la sociedad.
o
Las LDR se pueden utilizar en circuitos que no necesitan mucha exactitud pero si generar una respuesta con la variación lumínica.
o
Poseer un sistema de seguridad eficiente implica que ese sistema no debe dar falsas alarmas y ser amigable con el usuario que adquiera el sistema de seguridad. Por este motivo nuestro proyecto tiene como finalidad generar un medio de seguridad aplicando todos nuestros conocimientos adquiridos y aprovechando la disponibilidad de todos los materiales que se requieren para la elaboración de un prototipo a menor escala.
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XII.
RECOMENDACIONES EN LA SELECCIÓN DE LA UBICACIÓN DEL PANEL DE CONTROL
o
Seleccione una pared interior en un lugar protegido
o
libre de interferencias electromagnéticas
o
en ambiente con condiciones normales de temperatura y humedad
o
con espacio libre por el frente y alrededor del gabinete
o
verifique la imposibilidad de salpicaduras por goteras, o sistemas de
sprinkler.
o
o
no emplee ambientes donde se encuentren equipamientos generadores de humedad,
o
ni ambientes corrosivos.
XIII.
ANALISIS DE LOS COSTOS
Maqueta
S/. 10.00
Leds
S/. 0.50
alambre estaño
S/. 15.00
Componentes (resistencias, diodos)
S/. 10.00
Switch magnetico
S/. 1.50
Protoboard
S/. 10.00
Pintura para la maqueta
S/. 4.00
extras
S/. 5.00 TOTAL
S/.
56.00
XIV. RESULTADOS
El detector magnético se llama también “switch magnético”.
No es necesario que ambas partes de un magnético se toquen.
Una persiana que no cierra bien o una puerta con demasiado juego pueden provocar una falsa alarma.
Los magnéticos utilizados en el mercado son de lógica “normal cerrado”.
Es muy importante que el detector magnético esté bien atornillado y su cable correctamente encolado o engrampado.
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No es conveniente que un magnético esté instalado al límite de su distancia máxima de separación, ya que el imán pierde fuerza con el tiempo y el juego de la carpintería puede aumentar
XV.
CONCLUSIONES En conclusión se llegó a demostrar que el diseño de la alarma fue en su totalidad correcto y también se llegó al conocimiento de nuevas diseños de alarmas. El funcionamiento del diseño de alarma fue aceptable y se llegó a demostrar que el diseño de una alarma puede variar según las condiciones que correspondan a cada persona.
No hay un solo tipo de detector magnético, sino que hay varios y se instalan por el rendimiento que pueden tener según la abertura donde son colocados.
Se debe recordar que estos detectores son llamados también de apertura, o sea que se tiene que tener mucho cuidado cuando se decide colocarlos, ya que si la abertura es violentada sin abrirla, no se abrirá el contacto del detector y no se producirá la condición de alarma.
En conclusión el proyecto fue el adecuado porque nos permitió experimentar esto, que la aplicación de lo que hemos venido aprendiendo realmente sirva en la vida real y sea útil a la vez para
la
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sociedad.
XVI.
ANEXOS
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39
40
PARTES DEL PROYECTO
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