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Luz Automática con Sensor de Movimiento

Escrito por Raúl Alvarez.

Cómo Nace la Idea

circuito_protoboard.jpgCuando llega la noche enciendo la luz de mi patio obviamente para poder ver mejor al caminar, pero también como medida de seguridad contra cualquier intruso que quiera visitar mi casa sin permiso; la idea es que si la luz del patio está encendida, sirve potencialmente como un disuasivo para potenciales intrusos.

Ahora bien, siempre quise contar con un sistema electrónico que encienda la luz automáticamente en respuesta a la detección de movimiento, de esa manera no tendría que preocuparme por buscar el interruptor de la luz del patio cada vez que salgo en la noche, por ejemplo. Por otra parte, si algún intruso entrara a mi casa la luz se encendería automáticamente e incluso podría disparar alguna alarma sonora de advertencia (lo cual me sería también muy útil a fin de espantar algunos gatos que de cuando en cuando visitan el patio de mi casa a media noche).

Se me ocurrió el siguiente circuito el cual es muy simple pero tiene gran potencial para muchas otras aplicaciones similares y es muy apropiado para principiantes y aficionados que no tienen mucho conocimiento de electrónica y al mismo tiempo puedo ser interesante para los que ya tienen experiencia previa.

Actualización

Hemos actualizado este tutorial incluyendo videos explicativos del armado del circuito por partes. La información original del tutorial se encuentra más abajo

Videos del Armado del Circuito

  • Parte 1: Prueba del sensor PIR.
  • Parte 2: Prueba del sensor PIR y circuito inversor con transistor.
  • Parte 3: Prueba con el circuito monostable 555.
  • Parte 4: Prueba del circuito completo.

Diagramas Mostrados en los Videos

Parte 1

Diagrama de conexiones en breadboard

Diagrama de circuito

Parte 2

Diagrama de conexiones en breadboard

Importante: Al reemplazar el capacitor de 1nF por el de 220 uF para visualización en el LED, la terminal positiva del capacitor electrolítico de 220 uF debe conectarse al colector del transistor.

Importante: En este ejemplo usamos el transistor BC548B, con otros modelos de transistores el negador podría no funcionar directamente pues se necesita recalcular las resistencias del circuito negador en base al "beta" del transistor.

Corrección: En el video este diagrama muestra el LED conectado directamente a tierra mediante un cable de color negro, hemos corregido y éste es el diagrama correcto que muestra al LED conectado a tierra con una resistencia de 330 ohm.

Diagrama de circuito

Parte 3

Diagrama de conexiones en breadboard

Luz Automatica con Sensor PIR

Diagrama de circuito

Luz Automatica con Sensor PIR

Parte 4

Diagrama de conexiones en breadboard

Luz Automática con PIR

Diagrama de circuito

El diagrama del circuito completo es el que se muestra más abajo.

Fotografía del Prototipo

Foto del circuito en protoboard

En la foto se aprecia a la derecha el sensor de movimiento PIR (domo blanco semitransparente). A la izquierda del sensor está el circuito inversor de disparo; más a la izquierda se puede ver el circuito actuador para control del relay. Siguiendo más a la izquierda se puede ver el chip temporizador 555 y a lado de éste un regulador de voltaje LM7805 (no presente en el diagrama del circuito que se muestra abajo) que provee 5 voltios de alimentación para probar el circuito. Se ve incluido también un botón pulsador para probar el temporizador monostable mediante disparo manual.

Arriba se ve el relay (color azul) el cual está conectado al circuito actuador.

Diagrama del Sistema

Luz Automática Con Sensor de Movimiento

Como se ve, el sistema consta de cuatro partes las cuales desgloso a continuación:

1. Sensor de Movimiento: El sensor de movimiento es un sensor modular Sensor Infrarrojo de Proximidad PIR (industria Estadounidense) o alternativamente puede usarse también el Sensor de Movimiento PIR (industria China), ambos son funcionalmente iguales y su uso es similar. De aquí en adelante usaré como referencia el primer modelo mencionado, pero las mismas descripciones se aplican casi en un 100% al otro modelo también.

El sensor PIR posee solamente tres pines: Salida de Señal, V+ y GND, sus especificaciones principales son:

  • Rango de detección hasta 6 metros.
  • Salida de un solo bit.
  • Un jumper selecciona el modo de salida: disparo contínuo o por flanco.
  • Tamaño pequeño que hace fácil ocultarlo.
  • Compatible con muchos microcontroladores.
  • Alimentación requerida: 3.3 a 5 VDC; >3 mA (puede variar)
  • Comunicación: Salida de un solo bit nivel alto/bajo.
  • Dimensiones: 32.2 x 24.3 x 25.4 mm

Sensor de Movimiento Parallax

   

El sensor cuenta con un lente Fresnel que hace posible un rango más amplio y la detección del cambio de patrones de luz infrarroja debido al movimiento dentro de su rango de detección. Ante la presencia de movimiento la salida proporciona una señal de nivel lógico alto, la cual retorna a nivel lógico bajo si no hay movimiento movimiento.

2. Circuito Inversor de Disparo: Su función principal es la de invertir la señal inicial de disparo proporcionada por el sensor PIR, debido a que el temporizador monostable basado en el chip 555, el cual determina el tiempo que la luz permanecerá encendida, requiere un flanco descendente para ser activado.

Esta parte de circuito consta básicamente de un negador lógico en el cual el transistor Q1 funciona entre un estado de saturación y corte. Elegí el transistor BC548 porque estaba a la mano, pero casi cualquier otro transistor NPN funcionará adecuadamente. El capacitor C3 tiene la función de limitar el tiempo de duración de la señal de disparo a un pulso negativo corto (el capacitor se pone en corto  a tierra momentáneamente para luego alcanzar un nivel de potencial de VCC). Como requisito general el manual del Temporizador 555 plantea que las señales de disparo debe ser de flanco de bajada y el pulso total debe ser corto.

3. Temporizador Monostable: Esta parte del sistema es un clásico circuito vibrador monostable casi directamente extraído del manual del chip 555, nada fuera de lo usual. Para quienes no estén familiarizados con circuitos monostables, la explicación más simple de su funcionamiento es la siguiente: Al proveer un flanco de bajada o pulso corto negativo a la entrada de disparo (Pin 2), el 555 pone en nivel alto su salida (Pin 3) por un tiempo cuyo valor está determinado por el tiempo de carga del capacitor C1 a través de la resistencia R1; en otras palabras, la duración del pulso de salida depende de los valores de ambos componentes. C2 tiene el propósito de prevenir disparos en falso y su valor está recomendado directamente por el manual.

El tiempo de duración del pulso está dado por la fórmula:   t = 1.1R1 x C1

En este caso se está usando en R1 un potenciómetro de 1 Megaohm y un capacitor de 100 uF, lo que nos permite variar la duración del pulso desde 0 hasta 110 segundos. (Corrección: En el diagrama de circuito se muestra C1=10 uF, lo cual sólo nos da un tiempo total de 11 segundos, para lograr los 110 segundos se debe usar el capacitor de 100uF). Se puede experimentar con valores más grandes de capacitancia y/o resistencia para obtener duraciones más largas si es necesario. Es también posible reemplazar el potenciómetro directamente por una resistencia de valor fijo para obtener una correspondiente duración fija deseada.

4. Circuito Actuador: El pulso de salida provisto por el 555 es usado a su vez para activar el relay encargado de encender el bombillo de luz. A fin de soportar adecuadamente la carga de corriente requerida por la bobina del relay, se está usando un típico circuito buffer de corriente en base a un transistor 2N2222. La resistencia R5 sirve simplemente para limitar la corriente en la base del transistor y el diodo D1 tiene como propósito descargar de manera segura la corriente almacenada por la bobina, una vez que ésta haya sido desenergizada.

El relay es uno común que soporta 5VDC en el lado de la bobina de activación y aguanta hasta 2A de corriente en la carga (bombillo u otro dispositivo que funcione con corriente alterna). Como precaución uno debe cerciorarse que la corriente provista a la bobina por parte del transistor (Q2) no sea excesiva, lo cual podría recalentar al transistor. En mi caso hice la siguiente comprobación:

  • Medí la resistencia del alambre de la bobina del relay y me dió 147 ohms.
  • Calculé la corriente de colector para el transistor, la cual en todo caso será un poco menor a: 5VDC/140ohm = 34mA.
  • Revisando la hoja de datos del transistor 2N2222 constatamos que la máxima corriente de colector es de 800 mA, así que 34 mA es perfectamente seguro para un trabajo constante del transistor.

Prueba de Funcionamiento

Cuando el sensor detecta movimiento en su rango de alcance entre 5 a 6 metros, la luz se enciende y permanece en ese estado por un tiempo de hasta 1 minuto y 50 segundos  el cual puede ser programado mediante potenciómetro R1.

Funciona perfectamente!

Ahora, cada vez que salga al patio en medio de la noche tendré automáticamente luz sin necesidad de buscar a tientas el interruptor, además estaré más seguro sabiendo que el encendido automático de luz servirá como disuasivo para un potencial intruso y por último, podré asustar unos cuantos gatos del barrio cuando éstos vengan en medio de la noche a husmear en mi patio.

El diagrama del circuito no incluye la fuente de alimentación de 5VDC, la cual se ha obviado para simplificar la descripción del sistema.

Sugerencias Para Proyectos Similares

Aquí les presento algunas sugerencias para aplicaciones similares de este sensor tan versátil:

  • Cámara de seguridad. Si disponemos a mano una cámara digital con tarjeta de memoria flash (muy comunes y baratas en este tiempo), podemos disparar la misma mediante el sensor de movimiento para sacar de manera automática una serie seguida de fotos o filmar video por un tiempo preprogramado o hasta que cese todo movimiento.
  • Sistemas de alarma. Ante la detección del movimiento el sensor puede activar una sirena, luces o iniciar una comunicación automática del evento a otro sistema matriz.
  • Avisos comerciales activados por movimiento. Ante la presencia de potenciales clientes entra en funcionamiento el aviso comercial, el cual puede constar de sonido, video, luces y otros.

Preguntas Frecuentes

¿Puedo usar un capacitor C3 de diferente valor?

En principio se puede probar con capacitores más grandes como: 10nF, 22nF, 100nF, etc. De hecho la única restricción es que el pulso de disparo en el 555 debe ser más corto que el pulso de salida, y como en esta aplicación nuestro pulso de salida está en el orden de los segundos, entonces el pulso de disparo no necesita ser tan corto y el capacitor no tan pequeño. Incluso con un capacitor de 0.1uF, 1uF o incluso más podría funcionar, pero generalmente un pulso más corto es mejor.

Raúl Alvarez Torrico
www.TecBolivia.com

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