Alarma de seguridad con compuertas logicas

Alarma de seguridad con compuerta lógicas

Definición del problema

En los últimos tiempos nuestro país esta pasando por una crisis de inseguridad es por eso que se esta empleando sistemas de seguridad unas de esas son las alarmas, con diferentes tipos de sensores, estos en su mayoría digitales.

Para elaborar esta alarma se tiene las siguientes condiciones según el bosquejo.

Bosquejo del hogar con los sensores y actuadores

Entonces para la elaboración se tiene un foco y una bocina como salidas y como entradas un sensor infrarrojo y un sensor de iluminación solar y uno para ventanas o puerta.

Sensor infrarrojo (sensor de presencia)

Sensor magnético para puertas o ventanas

Buzzer pequeño para el sonido de la alarma

Circulina

Teniendo sensores como entradas y los actuadores como salidas entonces armaremos la tabla de verdad, según las siguientes condiciones.

• Si es de noche se tiene que encender la luz o circulina pero cuando identifique a una persona asomarse a la casa.
• Cuando se halla abierto la puerta la bocina o buzzer sonara indicando que alguien entro a la casa.
• En el caso que si abre la puerta, sin que haya detectado a alguien, entonces, la bocina se encenderá.

Tener en cuenta que el sensor de luz, si es de noche va enviar un cero y si es de dia va ser 1, el orden de los sensores el siguiente, A es el sensor de presencia, el sensor B es el de Luminosidad y C el sensor magnético el de la puerta; para las salidas tenemos a para la salida de la circulina y b para el buzzer.

Solución.

Tabla de verdad de la alarma

Una vez realizada la tabla de verdad ahora se formaremos los términos productos (MIN Terminos) para la primera salida, como se muestra a continuación:

A continuación esta ecuación será simplificada para que el numero de compuertas a usar sea mínima y sea fácil su implementación. Como se puede ver se tiene dos términos igual entonces se factoriza, teniendo la siguiente expresión.

Por algebra booleana quedaría de la siguiente manera.

Ahora se hallara la ecuación para la segunda salida.

Como se puede observar esta ecuación tienen 3 términos entonces podemos aplicar mapas de Karnaugh.

después de haber realizado el mapa de Karnaugh, vamos a obtener una expresión mas simplificada.

Se puede observa que se puede simplificar aun mas la expresión anterior entonces quedaría de la siguiente manera.

Simulación

Después de haber conseguido las expresiones reducidas ahora nos disponemos a hacer la simulación de acuerdo a los MIN términos.

La salida a=H y la salida b=S, como se puede observar con tan solo 4 compuertas digitales se puede armar este sistema de seguridad.

En la figura anterior se tiene la primera condición, la cual nos menciona que es de noche y alguien abrió la puerta entonces la sirena se activa.

En la siguiente figura se ve la segunda condición la cual nos indica que es de noche y alguien se esta asomando a la casa entonces se encenderá la luz.

en el caso que si la persona se acerca mas y logra abrir la casa entonces se activara la sirena, la activación de esta se puede ver en la salida de S la cual tiene un valor de 1, en la figura siguiente se observa la simulación.

En el caso que sea de día y el sensor de presencia se activo y lograron abrir la puerta, entonces de igual manera la sirena se activara.

Implementación.

Para la implementación se debe usar los siguientes integrados, los cuales ya tienen las compuertas lógicas.

Se puede apreciar las entradas y salidas de cada compuerta digital y cada circuito integrado en su interior contiene de 4 hasta 6 compuertas digitales.

Compuertas OR

Compuertas NOT

Compuertas AND

En la figuras anteriores se puede apreciar los PIN OUT de los circuito integrados de cada compuerta digital.

Circuito armado

Video de demostración.

Conclusiones y observaciones.

• Se observo el funcionamiento del sensor de presencia o PIR (detector de movimiento pasivo), el cuenta con un tiempo de retraso para se activado, también tiene con tiempo de retraso para que se desactive, el cual en ese lapso que se encuentra activo envía un uno a la compuerta (5V).
• Se observo el funcionamiento del sensor magnético el cual tiene que ser puesto a GND ya que la compuerta lógica ya envía un valor 1 o 5V, al activarse este se enviara un valor 1 a la compuerta, y si esta desactivado envía cero o 0V es por eso que se le conecta a GND.
• Para el funcionamiento del sensor de luz se utilizo un pulsador on/off como se vio en la explicación este indicaba con un cero que era de noche y uno cuando era de día, en vez este pulsador se debió usar un LDR (resistencia dependiente de la luz).
• como salida se utilizo un led el cual simulaba la luz que se enciende en la casa, para la otra salida se utilizo un buzzer, este componente viene de varios voltajes el solo variara al momento de sonar, si el voltaje es pequeño el buzzer sonar menos.
• Se vio como se puede simplificar las funciones lógicas de dos formas mediante el algebra de Boole y mapas de Karnaugh.
• En el caso que se quiera implementar se debe considerar que en los hogares se trabaja con 220 V en AC entonces para eso se utiliza un relay o un optocoplador.
• Se puede utilizar otro dispositivo como detector de luz como es un fotodiodo.

Integrantes.

• Juan Carlos Flores Churacutipa
• Edgar Andre Gamboa Beltran
• John Cruz Checa

Electrónica digital

Definición del problema

Se pone en marcha un motor que requiere de tres interruptores (A, B y C) de tal manera que el mismo se produzca con las siguientes condiciones:

• Cuando este cerrado solamente B
• Cuando este cerrado a la vez A, B y no C
• Cuando este cerrado a la vez A, C y no B

Solución

Según e enunciado se tiene 3 variables como entradas las cuales nos proporciona una serie de combinaciones, las cuales son ordenas en la tabla de verdad que se muestra a continuación.

De acuerdo a la las condiciones iniciales colocamos un uno como salida cuando solo B este cerrado, también cuando A, B estén cerrados mas no C y por ultimo cuando A, C estén cerrados mas no B, por lo tanto de estas condiciones hallamos la ecuación lógica:

La ecuación lógica hallada viene hacer una suma de productos ya que se tomaron las condiciones verdades o los 1. Dada la ecuación podemos armar un circuito digital con compuertas digitales como: AND, NOT y OR las cuales son operaciones digitales, la AND es producto binario, la OR es una suma binaria y por ultimo la NOT que es negación o inversa.

Simulación

En la figura anterior se muestra el circuito y la simulación para la primera condición para encender el motor, siendo la combinación 010, por lo tanto tenemos una salida alta.

En la figura anterior se muestra el circuito y la simulación para la segunda condición para encender el motor, siendo la combinación 110 por lo tanto tenemos una salida alta.

En la figura anterior se muestra el circuito y la simulación para la tercera condición para encender el motor, siendo la combinación 101 por lo tanto tenemos una salida alta.

Simplificación del circuito digital.

El circuito anterior se puede simplificar, para lo cual tenemos dos opciones:

• Por algebra Booleana.
• Por el método de mapas de Karnaugh

El método mas sencillo es el de mapas de Karnaugh por ser una herramienta grafica y ordenada, para esto se debe tener en cuenta los grupos que se formaran y considerar que valores tomar, si se encierran unos entonces será una suma de productos y si se encierran ceros entonces será un producto de sumas.

En este caso de encender un motor se tiene tres condiciones las cuales se tienen que cumplir para lograr prender este, entonces se coloca 1 en las condiciones que cumple encender el motor, como se muestra en la figura anterior, encerrando los 1, los conjuntos formados tienen que ser de 1, 2, 4 o 8 elementos según las variables de entradas que tengamos, cabe resaltar que todos los conjuntos formados deben ser múltiplos de 2.

Una vez encerrado los 1 se va a determinar la nueva función lógica.

Esta función lógica como se puede ver es más simple que la obtenida a un inicio, ahora se hará la simulación para comprobar su funcionamiento.

Primera combinación verdadera 

Segunda combinación verdadera

Tercera combinación verdadera.

Como se puede observar el circuito simplificado es mas corto se utiliza menos puertas lógicas.

Armado del circuito.

Para el armado del circuito se debe considerar las entras y salidas de los circuitos integrados y la alimentación de estos, por ejemplo a continuación se mostrara las entradas y salidas de un circuito integrado siendo esta la compuerta OR

Video de la simulación.

Observaciones y conclusiones

• Se hizo el análisis con la tabla de verdad para identificar las condiciones con la debe encenderse el motor.
• Se hizo la comprobación de la ecuación lógica mediante la simulación del circuito, para que después se arme el circuito.
• Se realizó la simplificación del circuito lógico mediante el método de mapas de Karnaugh el cual es muy útil por se una herramienta grafica y ordenada.
• Se comprobó el funcionamiento del circuito simplificado, para la simulación de este se utilizo compuertas lógicas comerciales.
• A partir de las compuertas lógicas comerciales se monto el circuito en el entrenador de circuito digitales.
• Para los circuitos integrados se tuvieron que ver los pines de entrada y salida para poder realizar la comprobación con estos.

Se aprendió que a través de condiciones  podemos armar un circuito lógico con una secuencia, ya sea para una alarma de seguridad, encender un dispositivo, de forma de on/off, pero siempre teniendo en cuenta las condiciones iniciales.

Integrantes

• Juan Carlos Flores Churacutipa
• Edgar Andre Gamboa Beltran
• John Cruz Checa