Autor: Rubén San Martín – Centro de Ingeniería Eléctrica y Sistemas (CESICE).FIIIDT.
La electrónica digital en especial las compuertas lógicas nos permiten realizar diversos tipos de control sin la necesidad de programar algún microcontrolador o PIC (Circuito Integrado Programable). Estos integrados lógicos funcionan tomando en cuenta magnitudes de valores discretos y realizando alguna operación como negar, afirmar, sumar, multiplicar, excluir, entre otras. [1]
Por otro lado, la domótica es capaz de recoger información mediante sensores o como comúnmente se les llama “Entradas”, para procesarlas y emitir una orden o acción a unos actuadores o “Salidas”. En otras palabras, la domótica es la automatización de un hogar, o la personalización del mismo para que funcione con cierta lógica y así facilitar el día a día. [2]
El control domótico es para mejorar el confort térmico y luminoso una habitación, este se rige mediante unas señales de entrada, tomando en cuenta unas condiciones en las que deben funcionar un calefactor, una lámpara y un aire acondicionado. El sistema debe operar bajo las siguientes condiciones:
- Si hay personas en la oficina y la temperatura es inferior a 20º C, se encenderá un calefactor, siempre que la ventana esté abierta.
- Si hay personas en la oficina y oscurece debido a las nubes o a que atardece, se encenderá una lámpara para dar claridad a la habitación.
- Si hay personas en la oficina y la temperatura es superior a 25ºC, se encenderá un aire acondicionado, siempre que la ventana no esté abierta.
- Si no hay personas en la oficina, el sistema deberá mantener la lámpara apagada y la temperatura entre 20ºC < T < 25%C, siempre que la ventana esté cerrada.
Como no todas las variables influyen en todos los incisos se elaborará una tabla de verdad por cada uno de ellos con la finalidad de simplificar las funciones ya que existen 5 variables y una tabla de la verdad con esta cantidad dificultaría las funciones booleanas.
Para el inciso a.
Condiciones tomadas en la variable
T20= 0 si T<20; 1 si T>20
T=0 si T<25; 1 si T>25
P= 0 si no hay personas; P=1 si hay personas
V=1 ventana cerrada; V=0 ventana abierta
CA=0 calentador apagado; CA=1 calentador prendido
Se crea una tabla de la verdad para controlar el Calentador (CA), según las variables Personas (P), Temperatura 20° C (T20) y Ventana (V).
Tabla de Verdad Inciso a
| P | T20 | V | Función CA |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
Tabla 1. Tabla de la Verdad Inciso a. Fuente [3].
La función booleana para el calentador es la siguiente:
Nota: las variables que tienen el apóstrofe (‘) son negadas, se leen: V’ = V negada.
Para el inciso b.
Condiciones tomadas en la variable
IL=0 oscurece y IL=1 claridad
Lamp=0 apagado y Lamp=1 prendido
P = 0 no hay personas y P = 1 hay personas
Tabla de Verdad Inciso b
| P | IL | Función Lamp |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Tabla 2. Tabla de la Verdad Inciso b. Fuente [3].
La función booleana para la Lampara es la siguiente:
Para el inciso c.
Condiciones tomadas en la variable
T=0 si T<25 ; 1 si T>25
A: aire acondicionado A=1 prendido y A=0 apagado
P = 0 no hay personas y P = 1 hay personas
Tabla de la Verdad Inciso c
| P | T | V | Función A |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
Tabla 3. Tabla de la Verdad Inciso c. Fuente [3].
La función booleana para el Aire Acondicionado es la siguiente:
Para el inciso d.
Para esta parte, ya que la lámpara estará apagada cuando no haya gente no se considera hacer su función ya que al no especificar más detalle se asume que para este inciso siempre estará apagada es decir 0 lógico. Para la regulación de temperatura que el circuito de control digital accionara un controlador de tipo on-off con brecha diferencial, se representara con la letra C y si es 1 lógico se activara de lo contrario se apagara. No se considerara posible que la temperatura mayor a 25 pero a su vez menor a 20 por lo que se toma como don’t care. Por otro lado, cuando se encuentre en la brecha diferencial debe mantenerse activado el controlador para garantizar su funcionamiento correcto.
Tabla de la verdad del inciso d
| P | V | T20 | T | Función C |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | X |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
Tabla 4. Tabla de la Verdad Inciso d. Fuente [3].
La función booleana para el Controlador es la siguiente:
Una vez se tienen las 4 funciones se puede determinar las compuertas que se van a utilizar, en este caso se utilizan dos integrados AND de 4 compuertas (común en el mercado) y un integrado NOT de 6 compuertas (común en el mercado). Para la representación del circuito en el programa Proteus, se tomarán las señales de entrada por medio de un DIP Switch y las señales de salida se representarán con LED’s. El diagrama del circuito queda de la siguiente forma:
A partir de ese diagrama se puede obtener una visualización 3D, la cual se muestra a continuación:
De esta manera se pueden realizar controles domóticos utilizando compuertas lógicas, es importante resaltar que a los sensores de entrada tienen que arrojar valores discretos para poder manipular la señal o fabricarles un convertidos AC/DC de ser necesario. Para que los actuadores de salida funcionen correctamente se debe realizar un circuito de potencia, para la activación de los mismos, comúnmente se pueden realizar por medio de un arreglo con relés o contactores.
Bibliografía
[1] Fundación Instituto de Ingeniería para Investigación y Desarrollo Tecnológico (2020). Electrónica Digital, Compuertas Lógicas. Fecha de consulta: 11, agosto, 2020 desde http://www.fii.gob.ve/electronica-digital-compuertas-logicas/
[2] Asociación Española de Domótica e Inmótica – CEDOM (2020). Qué es Domótica. Fecha de consulta: 12, agosto, 2020 desde http://www.cedom.es/sobre-domotica/que-es-domotica
[3] Rubén San Martín, José Barrios (2017). Compuertas Lógicas -Venezuela (Investigación para el Laboratorio de Sistemas Lógicos) Charallave: Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre”, Ingeniería Mecatrónica.
Contacto: rubensanmartin95@gmail.com