El circuito que presentamos sirve para detectar cuál de dos llaves o dos sensores fue activado en primer lugar. Entre las aplicaciones posibles en la industria tenemos el disparo de alarmas o circuitos de seguridad cuando sensores son activados en cierto orden, o aún cuando es necesario detectar cuál de dos sensores fue activado en primer lugar. Como aplicación fuera de la industria podemos citar competiciones en que podemos detectar cuál de dos candidatos se habilita antes a responder una cuestión o llega en primer lugar en una carrera. El circuito se basa en integrados de tecnología CMOS y puede ser adaptado a los más diversos tipos de bloques de control y accionamiento.
Cuando dos sensores se activan casi al mismo tiempo, o aún dos interruptores se presionan en las mismas condiciones es difícil para un observador saber cuál de ellos fue el primero. Esta condición puede ocurrir tanto en dispositivos de automatización, control y alarmas como en equipos recreativos como por ejemplo un juego de velocidad de reacción, como se indica en la introducción.
El proyecto que presentamos permite que se sepa, sin lugar a dudas, cuál de dos interruptores o sensores fue activado en primer lugar.
En el circuito original vamos a usar indicadores LED, pero en su lugar se pueden emplear pasos de potencia con relés, SCR, Power FET y otros componentes controlando dispositivos más diversos que van desde automatismos hasta sistemas de alarma.
El proyecto se basa en integrados de tecnología CMOS de bajo costo y puede ser alimentado con tensiones de 3 a 15 V. En la condición de espera el consumo es extremadamente bajo lo que permite que sea alimentado por pilas o baterías, sin problemas.
Si bien existen hoy componentes complejos como microprocesadores, microcontroladores y DSPs que puedan ser utilizados para realizar cualquier función que necesitamos en un trabajo de automatización y control, la tecnología CMOS de las familias 4XXX, del que el 4011 es un representante, sigue siendo una solución preferida cuando necesitamos cosas simples y eso ocurre con frecuencia. Así, no debemos "matar una mosca con un cañón" usando dispositivos muy complejos cuando podemos hacer lo mismo con circuitos integrados comunes, de bajo costo y que se pueden encontrar con facilidad. La familia de circuitos integrados digitales CMOS 4XXX es un ejemplo de ello. La gran cantidad de funciones que posee permite su asociación o incluso uso individual en una enorme gama de aplicaciones en las que es aún mejor. Por este motivo, los dispositivos CMOS todavía son tan populares entre los proyectistas.
COMO FUNCIONA
La base del proyecto es el circuito 4011 que consiste en Puertas NAND de 2 entradas. Como necesitamos 6 puertas para el proyecto y cada circuito integrado 4011 tiene sólo 4, se necesitan dos de ellos. Las dos puertas restantes de uno de los integrados se pueden utilizar en un oscilador de audio si deseamos además de la señal visual una señal auditiva cuando se presione uno de los sensores.
Una sugerencia de oscilador para este propósito accionando un transductor piezoeléctrico se muestra en la figura 1.
Tenemos entonces dos Flip-Flops Set-Reset que se conectan de tal forma cada uno a accionar un LED indicador.
Cuando el interruptor RST se presiona por un momento, los dos flip-flops se resaltan y los LED conectados a sus salidas permanecen apagados.
El accionamiento de los Flip-flops es hecho por dos puertas NAND conectadas de tal forma que cuando una recibe un nivel alto de entrada y con ello proporcionar la señal de disparo para el Flip-flop correspondiente ella inmediatamente deshabilita el otro Flip-Flop. De esta forma, si el otro Flip-Flop recibe una señal de disparo una fracción de segundo después, esta señal "no pasa".
La señal para el disparo viene de interruptores de presión o incluso reed-swtiches si deseamos hacer el accionamiento por medio de imanes. Otra posibilidad consiste en utilizar sensores resistivos o incluso circuitos lógicos que se mantengan en el nivel bajo, sean activos con la salida pasando al nivel alto.
En la configuración básica tenemos el accionamiento de LEDs, pero nada impide que tengamos otras interfaces como explicado en la introducción.
En la figura 2 mostramos algunos tipos de interfaces de potencia que pueden ser accionadas por este circuito.
En el caso de la interfaz con relés se pueden utilizar tipos de 6 o 12 V conforme a la alimentación, con bobinas que precisan de corrientes en el rango de 20 a 100 mA para el accionamiento.
Para el caso de SCRs recordamos que una vez disparados ellos así permanecen incluso después de que el circuito sea restablecido. Debe haber un reset separado para estos componentes.
En todos los casos que las interfaces deben controlar corrientes elevadas los componentes deben ser montados en radiadores de calor.
MONTAJE
En la figura 3 tenemos un diagrama completo del aparato, sin la fuente de alimentación que puede ser externa o formada por pilas (el consumo es del orden de 1 mA con los LED apagados).
La disposición de los componentes en una placa de circuito impreso se muestra en la figura 4.
Los cables para los sensores o interruptores de accionamiento pueden ser muy largos (hasta más de 10 metros).
Los LEDs son de color rojo y verde para diferenciar a qué interruptor o sensor coinciden.
En una aplicación recreativa como por ejemplo un juego de velocidad el conjunto puede ser montado en una caja plástica como muestra la figura 5.
En la figura 6 mostramos el aparato siendo adaptado para una aplicación en el laboratorio de Física Experimental, detectando cuál de dos cuerpos llega antes al suelo en una experiencia de caída libre.
Si se utilizan transductores resistivos, las resistencias de 22 k ohmios en serie se pueden sustituir por trimpots de ajuste de 100 k a 1 M ohmios según la resistencia del sensor.
PRUEBA Y USO
Para probar el aparato es sencillo. Conecte la alimentación. Si uno o dos LED se encienden, apriete por un instante el interruptor S3 (RST). Los dos LED deben apagarse.
Después, con los LED apagados, apriete el interruptor S1. Sólo el LED1 debe encenderse. Presione RST para borrarlo y ahora tiene S2. de nuevo de nuevo intente apretar los dos al mismo tiempo. Sólo uno de los LED debe encenderse.
Comprobado el funcionamiento es sólo hacer la instalación definitiva y usar.
Semiconductores:
CI-1 - 4011 - Circuito Integrado CMOS
LED1, LED2 - LEDs comunes (rojo y verde)
Resistores: (1/8 W, 5%)
R1, R2, R3 - 22 k ohms
R4, R5 - 1 k ohms
Varios:
S1, S2, S3 - Interruptores de presión NA
Placa de circuito impreso, fuente de alimentación o pilas, hilos, soldadura, caja para montaje, etc.
