Electrnica Analgica

Encendido Codificado Electrnica Digital

1Estudiantes de la carrera de Ingeniera Mecnica Automotriz de la Universidad Politcnica Salesiana Sede- Cuenca; dsaquicela@est.ups.edu.ec; etirado@est.ups.edu.ec Fecha de Entrega: 31 de enero del 2014; Cuenca-Ecuador

DISEO, CONSTRUCCIN E IMPLEMENTACIN DE UN CIRCUITO DE ENCENDIDO CODIFICADO EN UN VEHICULO.

Saquicela Cando Daniel Oswaldo, Tirado Ortega Edison Jordano.

Resumen:El presente artculo, detalla el proceso de diseo, construccin e implementacin de un circuito de encendido codificado, el cual se encuentra montado en un vehculo, dicho circuito ser diseado contemplando herramientas y conceptos bsicos que se han importado a lo largo de la materia como lo es la electrnica digital. El circuito armado de acuerdo a nuestro diseo cumple con la funcionalidad de brindar seguridad a un vehculo al momento de proceder a encenderlo, el circuito har que el encendido se perpetre nicamente cuando introduzcamos un cdigo exacto, el mismo que ser escogido a nuestra voluntad, caso contrario el circuito cuenta con la seguridad total ante un hackeo, es as que mientras no se digite el cdigo correcto este no dar paso al encendido. El principio en el cual nos basamos para el diseo de nuestro circuito es en el de la comunicacin que existe entre una serie de flip flops conectados en cascada, los mismos que tienen como funcin principal almacenar en su interior datos digitales y transferirlos entre s de acuerdo al conexionado que hemos realizado.

Palabras Clave: Flip Flops.

Abstract: This article details the process of design, construction and implementation of a coded ignition circuit, which is mounted in a vehicle, said circuit be designed considering basic tools and concepts that have been imported over the matter as is the digital electronics. Armed circuit according to our design meets functionality of providing security to a vehicle when you proceed to turn it on, the circuit will cause the ignition is undertaken only when we introduce an exact code, which will be chosen at will , if otherwise the circuit has total security before a hack , so that while the correct code will not type in this step on. The principle on which we rely for our circuit design is the communication between a set of flip flops connected in cascade , the same as main function inside store and transfer digital data together according the connections we have made.

Key Words: Flip Flops.

1. Introduccin:En la actualidad el desarrollo de la tecnologa avanza de manera incontrolable, cada da existe un avance en lo que respecta a la tecnologa y su utilizacin en diferentes campos como por ejemplo lo es en la ingeniera, gracias a la aparicin y evolucin de dispositivos que son destinados a brindar comodidad y facilitar nuestra vida cotidiana siendo cada vez ms accesibles en cuanto a lo que respecta en economa y facilidad de utilizacin. Dados estos avances tecnolgicos, podemos observar un claro adelanto en lo que respecta a la electrnica, esto da lugar a que este campo se haya desarrollado an ms en comparacin con otros debido a que los artculos electrnicos se encuentran presentes en cierta medida en toda mquina u objeto que se utiliza en la actualidad, provocando que la evolucin tecnologca en la electrnica nos brinde objetos fciles de utilizar, cmodos, veloces y dependiendo de su aplicacin o diseo exactos.

Una vez mencionados estos antecedentes nos conducimos hacia el diseo de nuestro proyecto en donde se ve reflejado el avance tecnolgico mediante la utilizacin de los conocimientos tericos impartidos en la materia, y podemos verificar estos avances en la simplificacin de circuitos gracias a la construccin de componentes electrnicos ms compactos y de mejor eficiencia.

En lo que respecta al diseo y aplicacin de los conocimientos recibidos, en este caso se ejecuta la construccin e implementacin de un circuito electrnico digital que cumpla la funcin de, hacer que mediante los flip flops y compuertas lgicas el cdigo deseado coincida y as de esta manera se de paso al encendido del motor, caso contrario no se podr proceder al encendido del mismo, es decir el circuito brindara la potestad de encender el vehculo solamente a quien posea la clave exacta. 2. Objetivos:Objetivo General: Disear, construir e implementar un circuito codificado mediante Flip flops e implementarlo en un vehculo para su respectivo funcionamiento.

Objetivos Especficos: Comprender el funcionamiento bsico de los diferentes componentes electrnicos que intervienen en el circuito del encendido codificado. Realizar y comprobar el funcionamiento correcto del circuito electrnico en un programa de simulacin. Plasmar la configuracin del circuito electrnico diseado en un Project Board. Verificar el correcto funcionamiento del circuito mediante la aplicacin de pruebas de funcionamiento. Implementar el circuito electrnico diseado en el vehculo destinado.

3. Definiciones: Flip-Flop: Los flip flops tambin se denominan "cerrojos", "multivibradores biestables" o "binarios", estn constituidos por un ensamble de compuertas lgicas, aunque una compuerta lgica por s misma no tiene la capacidad de almacenar datos binarios, se pueden conectar varias y de una manera especial, de tal forma que permitan el almacenamiento de la informacin (bits).74112: Son circuitos integrados donde vienen incluidos un cierto nmero de flip-flops, estos circuitos cuentan ya con sus respectivos pines de entrada, salida, alimentacin y tierra.Trigger: La funcionalidad de estos es la de evitar los cambios involuntarios de los niveles de tensin de una seal debido a las variaciones por ruido. Rel Electromagntico: Es un componente electrnico que acta como elemento de control, funcionando como un interruptor activado por un electroimn, un electroimn es una barra de hierro enrollada por un cable

4. Marco Terico:

Flip-FlopLas formas de ondas o diagramas de tiempo que presentan estos, se emplean mucho y son bastante tiles para trabajar con flip-flop y circuitos lgicos secuenciales, eexisten varias configuraciones de compuertas para producir flip-flop, en nuestro caso utilizaremos los JK por ello analizaremos los de este tipo. Este flip-flop se denomina como "universal" ya que los dems tipos se pueden construir a partir de l. En el smbolo anterior hay tres entradas sncronas (J, K y CLK). Las entradas J y K son entradas de datos, y la entrada de reloj transfiere el dato de las entradas a las salidas.

Figura 1: Flip-Flop tipo JK.

A continuacin observaremos la tabla de la verdad.

Figura 2: Tabla de verdad del flip-flop JK.TriggerUn inversor normal produce el salto de 0 a 1 lgico o viceversa cuando la tensin pasa pos , en cambio el trigger presenta un ciclo de histresis, es decir no invierte su salida al menos que su entrada alcance cierto umbral de tensin menor en el caso que estemos en un nivel alto, o hasta que alcance un umbral de tensin superior en el caso de un nivel bajo.La siguiente figura resulta bastante esclarecedora donde se puede apreciar a A como un Inversor comn y B es el Trigger.

Figura 3: Grafica comparativa Inversor - Trigger.Circuito integrado 7414 Es un inversor y ste lo que hace es invertirte el valor lgico de entrada, de 0 a 1 y de 1 a 0, segn sea el caso lo que hace el disparador schmitt es simplemente un comparador especial dentro del integrado, o el inversor ms propiamente, con el fin de que permita un mejor trabajo eliminando el ruido y reduciendo con ello el umbral de incertidumbre (los niveles de voltaje donde no se puede determinar si es 1 o 0)

Figura 4: C.I. 7414 forma Fsica y manera de Conexin.Circuito integrado 7408.Es una compuerta lgica AND basada entecnologaTTL, acrnimoInglsde Transistor-Transistor Logic o "Lgica Transistor a Transistor". Esta compuerta tiene muchas aplicaciones en la electrnica digital, este circuito integrado consta de dos entradas y una salida por cada compuerta que tiene, en realidad tiene 4 compuertas internas el integrado, por eso tiene 7 pines, ya que hay dos pares de entradas y un par de salidas por cada lado.

Figura 5: C.I. 7408 Forma fsica y manera de Conexin.

Rel ElectromagnticoLos rels electromagnticos pueden ser de contacto simple o de mltiples contactos de acuerdo a la cantidad de circuitos elctricos que puedan conectar o desconectar cuando se acciona. Figura 6.

Figura 6: Rel Electromagntico.La parte de mando es el electroimn, el cual est constituido por un ncleo magntico y una bobina. El ncleo magntico est formado por chapas laminadas y aisladas entre s.

Figura 7: Conexin del Rel Electromagntico.El funcionamiento se basa en la excitacin de una bobina que magnetiza a un ncleo de hierro y ste a su vez atrae una armadura mvil a la cual van unidos los contactos Figura 7.

Transistor NPNEs un elemento que bsicamente est formado por tres capaz de material semiconductor, la mayora de estos elementos estn fabricados a base de Silicio (Si), este transistor consta de tres pines que tienen su respectiva funcionalidad: Emisor, es el encargado de emitir portadores. Base, es la encargada de controlar el paso de portadores de emisor a colector. Colector, es el encargado de recoger las cargas procedentes del emisor.

Figura 8: Configuracin del Transistor NPN. La funcin del transistor es la de amplificar corriente, es decir se las usa para amplificar pequeas seales elctricas que recibe su base y posteriormente se obtendr una mayor corriente que pueda manejar una bombilla, un rel u otro dispositivo de mucha corriente.

Figura 9: Forma fsica del Transistor NPN.5. Construccin del circuito:

Al momento de plasmar el circuito, para nuestro caso se remiti a la construccin del mismo en un projectboard, la cual fue una alternativa que se evalu para conseguir modificar la clave en el caso de que fuera necesario.

Una vez empezada la construccin en primera instancia tuvimos que plasmar el circuito de alimentacin de los dems componente para lo cual se utiliz un regulador de voltaje 7805 el que se aliment desde cables de los accesorios internos del vehculo.

Para lo que respecta al mando de pulsantes, se dispuso de una placa en donde se emplazaron los diferentes pulsantes de los nmeros y tanto on y off, adems de una seal luminosa de un led el cual indicara si la clave ingresada es correcta.

Eb cuanto corresponde al circuito en si se dispuso de tres 74112 de los cuales se utilizaron de cada una de ellas ambos Flip-Flop, cinco de ellos se utilizaron en los nmeros y el sobrante en la activacin On del circuito luego de que la clave se haya ingresado correctamente.

De igual manera para cumplir la secuencia de activacin establecida en la clave dispusimos de un CLC el cual se pens para que al cumplir la secuencia este vaya haciendo posible que se energizan los dems Flip Flop de la cascada y se contine con el ingreso de la clave. Y el circuito permita repetir los diferentes nmeros

Figura 10: Circuito Terminado

6. Esquemas y Circuitos:

Nuestro circuito est bsicamente diseado para que al momento de accionar una clave de cinco dgitos, esta enviara un voltaje al circuito y lo alimente de tal forma este del paso inmediato al encendido del vehculo.A continuacin se aprecia el circuito anteriormente mencionado, en un software de simulacin (Mulstisim), los pulsantes que se aprecian son: 1,2,3 que servirn para la digitacin de la clave, C que es el clear o reset y O que es nuestro On

Figura 11: Circuito completo simulado en Mulstisim.En la figura 10. Se puede observar que todos los pulsantes constan de triggers, esto con el fin de asegurarnos que existir un 0 lgico en el CLK (clock) de nuestro flip-flop, es por ello que se conectaron dos Trigger en serie, el primero recibe la seal mnima del 0 lgico al haber presionado el pulsante y directamente lo convierte en un 1 es ah cuando trabaja el segundo Trigger y recibe la seal del anterior para nuevamente convertirlo en 0 y este a su vez sea conectado al clock del flip-flop el cual es activo en bajo, adems consta de condensadores conectados en paralelo a los pulsantes con el fin de estabilizar las seales, ya que estas siempre estn prestas a distorsiones y picos en sus ondas debido al ruido y perdidas de voltaje en el mismo circuito por los distintos componentes.Los flip-flop estn conectados en secuencia es por ello que cualquier clave errnea no excitara el circuito, de esta manera el circuito se activara exclusivamente cuando digitemos la clave correcta para posteriormente encender el vehculo.

Figura 12: Circuito excitado con clave Exacta.Al ingresar la clave correcta nuestro circuito seguir la secuencia de los flip-flop y este al recibir los pulsos correctos en los dgitos adecuados enviara una pequea seal al transistor el cual multiplicara dicha seal y accionara un rel que har que el circuito se cierre, adems mediante las compuertas and (7408) restringimos seales para conseguir almacenar unos o ceros lgicos de acuerdo a lo deseado en nuestro diseo y a su vez evitar acumular seales no deseadas, es por ello que a algunas salidas de estos se los a conectado directamente al clear del flip flop, reseteando as cualquier seal almacenada que no se desee, evitando de esta manera intentos de hackeo La figura 11. Nos muestra que el circuito se ha encendido de manera correcta debido a que se ingres la clave exacta, la cual fue escogida a nuestra consideracin y cuya clave es 21322.7. Experimentacin y Clculos:Una vez establecido el diseo, realizadas las diferentes pruebas en lo que respecta a la vulnerabilidad en el simulador se arm el circuito suponiendo diferentes variantes para evaluar dicha vulnerabilidad, de donde definimos colocar los Flip Flop de los nmeros 1 y 3 en modo complementario para evitar que el circuito llegase a ser activado al pulsar en secuencia las teclas.Datos:

8. Pruebas de Funcionamiento:

Las diferentes pruebas de funcionamiento se realizaron una vez finalizado el armado del circuito en el Projectboard, en donde se verifico las pulsaciones que se receptaban del mando que se dispuso en el tablero del vehculo, debido a que el circuito se implement en un espacio reducido, se dispusieron los componentes da la manera amas distribuida posible, una vez dicho esto las diferentes pruebas que se realizaron fueron hechas de una a la vez mientras que se iba colocando cada uno de los componentes para verificar los diferentes estado a los que funciona el Flip-Flop. Debido a la complejidad y la gran cantidad de conexiones que se disponan en el espacio reducido las pruebas se debieron realizara minuciosamente para evitar que en la prueba general de funcionamiento se encuentre algn componente averiado o en mala conexin y sea necesaria la revisin de todo el circuito nuevamente y existan confusiones.

Figura 13: Pruebas de Funcionamiento del circuito.

Figura 14: Emplazamiento del circuito en el vehculo.

9. Anlisis de Resultados:

Luego de las respectivas pruebas de funcionamiento y una vez emplazado el circuito dentro del vehculo, observamos la necesidad de colocar un rel automotriz el cual sera comandado por el rel del circuito electrnico, ya que la corriente que circula a travs de la bobina en donde se interrumpi el circuito para que funcione nicamente al comandar el rel electrnico es alta y produce que el contacto de dicho rel se mueva debido a que la corriente producida comanda la bobina.

10. Conclusiones:

Luego de haber finalizado el presente proyecto logramos conseguir el cometido de disear y construir un circuito que nos permita encender un vehculo ingresando una clave. Logramos instruirnos en el funcionamiento bsico de cada uno de los componentes electrnicos que tomaron parte en el proyecto, adems comprendimos las diferentes aplicaciones en las cuales podra prescindirse de la utilizacin de estos componentes. Fuimos capaces de disear con xito el circuito para la aplicacin deseada, utilizando un software de simulacin en el cual se realizaron las diferentes pruebas y modificacin para que el circuito tenga una vulnerabilidad nula. Conseguimos construir el diseo propuesto y lograr el funcionamiento correcto del mismo para el cual se propuso. Al momento de emplazar el circuito en el vehculos se consider la posibilidad de colocar un rel automotriz comandado por el rel electrnico debido a que la corriente que circula por el contacto mvil del rel electrnico al ser alta, excita el bobinado de dicho rel por lo que mantiene su posicin en el contacto NC y el circuito no permanece en reposo excepto con la utilizacin del rel automotriz.

11. Referencias:

[1] Flip-Flops; Enero - 2014(online), disponible en: http://share.pdfonline.com/b3ff8bae523846e29a27c01ff0339311/informe_de_laboratorio_5.pdf[2] Trigger; Enero - 2014(online), disponible en: http://www.slideshare.net/marctena/trigger-schmitt#btnPrevious[3] Compuertas Lgicas; Enero - 2014(online), disponible en: http://jasjomoyes12.wordpress.com/laboratorio/compuertas-7400-7402-7408-7432/[4] Transistor NPN; Enero - 2014(online), disponible en: http://www.ecs.umass.edu/ece/m5/tutorials/multiple_LEDs_tutorial.html

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