Universidad Autonoma Metropolitana

Unidad Iztapalapa

Ingenieria Electronica

Alumno: Sait Carro Brunete

Asesor: Dr. Fausto Casco Sanchez

Mexico D.F. 16 de Junio del 2009

Aspectos Teoricos ............................................................................. 4

El Aparato Telefonico ............................................................... ...4

Disco Generador de Pulsos ................................................................ 5

Marcaje por Teclado ............................................................... 5

Realizacion de llamada con la Red Telefonica .................................. 6

Senalizacion Telefonica ........................................................ 6

Banda Telefonica ............................................................................ 10

. . ............................................................... Decodificacion de Tonos 11

Control Logico ................................................................ 13

Etapa de Potencia .......................................................................... 14

Pruebas y Conclusiones ................................................................. 19

Bibliografia ..................................................................................... 19

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CONTROL VIA

Introduccion

El proyecto consiste en desarrollar un sistema digital para controlar dispositivos electronicos a larga distancia. Este es un sistema que emplea telefonia digital, el control se puede realizar desde cualquier punto, desde cualquier aparato digital e inclusive desde cualquier telefono celular. Los tonos telefonicos son decodificados para que generen senales que pueden ser procesadas por circuitos de la familia TTL, amplificadores operacionales e inclusive por microprocesadores, lo cual permite realizar diversos controles, dependiendo de las necesidades del sistema a controlar. En este caso especifico, se controlaran dispositivos tales como: Lamparas de alumbrado, Llaves electronicas, alarmas, etc.

La senal obtenida de la decodificacion se procesa para que dispare relevadores mecanicos, de estado solido, o tiristores, y por medio de sensores electronicos se monitorea el estado de los dispositivos para tomar decisiones, de acuerdo al funcionamiento de los mismos. Tanto el disparo de los semiconductores de potencia como el monitoreo, se realizara por medio de optoacopladores, que permitira, en caso de algun problema en la etapa de potencia, no danar los controles ni la etapa de decodificacion de tonos DTMF.

Se Procedera de la siguiente manera

Desarrollo:

1.- Se investigara la forma de realizar la decodificacion de los tonos utilizados por el telefono.

2.- Una vez realizado el diseno, se procedera al armado del decodificador.

3.- Se realizaran las pruebas pertinentes de su buen funcionamiento.

4.- Se procedera a hacer una etapa de interfaz logica para el control de los elementos empleados

5.- Se realizara un analisis de los dispositivos electronicos empleados para el control de elementos electricos (elementos de potencia como tiristores, etc).

6.- Se aplicara el principio basico de funcionamiento del Telefono

Aspectos Teoricos

Aparato Telefonico

El aparato telefonico esta constituido principalmente por las siguientes partes: 1)Disco generador de pulsos con 4 terminales (il,i2,kl,k2) 2)Microtelefono con 3 terminales (R,T,RT) 3)Carnpana de llamada (repique) de 2 terminales (Sl,S2)

Iiiipc&ncia

de balattic

Fig. 1 Aparato Telefonico

Disco Generador de Pulsos

Es el mecanismo con el cual se maneja la senal "7", generando pulsos por medio de la separacion periodica de los contactos normalmente cerrados (il,i2),tantas veces como el digito marcado (10 en el caso del cero). Ademas, mientras se generan los pulsos existira un corto circuito a traves de Kl,K2, el cual cesa al terminar el Ultimo pulso del digito enviado.

La razon de este corto circuito es bloquear al receptor para que los pulsos no sean escuchados en el cuando se envian.

Marcaje por Teclado

En el caso del telefono de teclado se usa el marcador telefonico, que es un circuito integrado que contiene un traductor del digito tecleado a su numero de pulsos equivalentes, los cuales se conectan a traves de un circuito inductivo a las terminales (il,i2). El teclado es una matriz de contactos de cuatro renglones por tres columnas, de tal forma que el arreglo queda como se indica en la figura en forma simplificada.

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Fig. 2 Sistema de marcaje por teclado

Realizacion de llamada con la Red Telefonica

Anteriormente, existia un par de cables de cobre que iban de cada casa a una central en el medio de la ciudad. El operador de interruptores se sentaba frente a un tablero con una conexion para cada par de cables que entraban a la central. Cada interruptor tenia encima una pequena luz. Una gran bateria proporcionaba corriente por medio de una resistencia para cada par de cables. Cuando alguien contestaba el telefono, el interruptor completaria el circuito y dejeria que la corriente fluyera por los cables entre la casa y la central. Esto haria que se encendiera la luz encima de la conexion para esa persona en el tablero. El operador entonces conectaria su telefono (el del operador) con el de la persona que llama y le pregunta con quien desea hablar. El operador envia una senal de timbre hacia el receptor y se esperaria a que la otra persona

.contestara. Una vez que el receptor conteste, el operador conecta a las dos personas en exactamente la misma forma que se muestra en el diagrama anterior.

Senalizacion Telefonica

Las senales que utiliza el equipo individual en la telefonia mexicana es la siguiente:

1)COLGADO. Esta es una senal de corriente directa de 48 voltios y permanece constante hasta que se descuelga el aparato telefonico individual.

Vol 4 I

Segundos b

Fig. l a Colgado.

2)DESCOLGADO. Al efectuarse , el voltaje de la Iinea cambia de 48V a 5V, debido a la incorporacion del circuito telefonico a la linea de transmision.

Fig. 2a Descolgado.

Volts A

48

5

-

Segundos

3) TONO DE INVITACION A MARCAR. Este tono se percibe casi instantaneamente despues de hacer el DESCOLGADO. El voltaje de la linea asciende a un nivel de 7V, acompanado de un tono de 450Hz sobre el mismo nivel, con una amplitud de dos volts pico a pico.

Volts

Segundos

Fig. 3a Tono de Marcar.

4) TONO DE LLAMAR. Se oye en caso de que el abonado al que se llama este desocupado; esta senal se presenta como en el caso anterior, solo que con intervalos mudos de 4 segundos por 1 segundo de tono.

Volts

Segundos

Fig. 4a Tono de Llamar.

5) CONTESTADO. Representa un descuelgue del abonado llamado. Cuando sucede, la Iinea no presenta ningun cambio significativo en el nivel de voltaje; aunque las centrales y las casetas telefonicas manejan una inversion de voltaje que utilizan para traficar.

6) TONO DE OCUPADO. Sucede en el caso de que la Iinea del abonado al que se llama este ocupado, y la senal permanecera asi aunque el abonado desocupe la Iinea. Esta senal tiene las mimas caracteristicas que la del TONO DE LLAMAR, con la salvedad de que los intervalos son diferentes (0.5 segundos de tono por 0.5 segundos de silencio).

Segundos

Fig. 6a Tono de Ocupado.

7) DISCADO. Se hace a traves de interrupciones periodicas. Debido a que la Iinea es de caracter inductivo, se originan pulsos hasta de 150V (pico a pico), con una duracion aproximada de 5ms, al hacerse una interrupcion. El numero de pulsos sera equivalente al digito marcado. El receptor queda desconectado mientras dure el marcaje.

Volts

Fig. 7a Discado.

8) CODIGO MULTIFRECUENCIA. En algunos aparatos telefonicos, es posible enviar tonos de dos frecuencias por digito, en vez de interrupciones periodicas. A partir de 1994, en las centrales mexicanas es posible la deteccion de estos tonos.

Fig. 8a Codigo Multifrecuencia.

9) REPIQUE. Esta senal se utiliza para accionar la bobina del timbre del abonado al que se llama. La senal tiene un rango de frecuencia de 16 a 32Hz montada en una componente directa de 48V, con amplitud de lOOV (pico a pico), la cual tiene un periodo de 4 segundos de silencio por 1 segundo de tono.

Volts

S Segundos

Fig. 9a Repique.

10) VOZ. La senal voz del abonado es muy diferente en amplitud de voltaje a la del abonado distante, porque la amplitud del primero es de 2 volts (pico a pico) y la del segundo es de 1OOmvolts (pico a pico). Ademas, esta Ultima se mezcla con el ruido propio de la linea.

Banda Telefonica

Para permitir las llamadas de larga distancia, las frecuencias de transmision se limitan a una banda de cerca de 3000Hertz. Todas las frecuencias de la voz bajo 400Hertz y sobre 3400Hertz son eliminadas. Es por esto que la voz de alguien por telefono tiene un sonido distinto.

El esquema general a bloques es el siguiente:

Telefonica

A diferentes Disposihvos de Contlol

Decodificadot De Tonos Conhol Logico

Esquema a Bloques

Decodificacion de Tonos

Para decodificar que senal se ha enviado,(Tecla presionada), se necesita saber que frecuencias son enviadas. Para eso necesitamos un circuito que nos filtre la senal recibida. El circuito empleado, esta constituido principalmente por siete filtros, que utilizan el LM567, calculandose la resistencia y capacitancia para su correspondiente frecuencia. El circuito integrado LM567 es un detector de tonos limitador de tension que posee internamente un PLL (Phase Locked Loop) y un detector de fase en cuadratura el cual responde con un nivel logico bajo cuando la senal de entrada al integrado coincide con la frecuencia central de enganche del PLL . Tambien puede ser implementado este integrado como un oscilador.

Para el censado de senales de igual frecuencia, se debe tener en cuenta que tienes un RC en los pines 5 y 6 que establecen la frecuencia de comparacion ... si esta no es igual, la comparacion te dara a la salida un estado alto (de Sv), en el caso de que el pin de entrada 3 detecte una senal de la misma frecuencia, la reconoce y te da un estado bajo a su salida.

Configuracion basica para el LM567

Decodificado de Frecuencia DTMF

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Control L6gico

Despues de filtrada la senal, se encuentran dos frecuencias, que son las que determinan la tecla oprimida. Utilizando compuertas N-or, obtendremos la decodificacion de la senal. Tenemos siete entradas, que son las posibles frecuencias generadas, formando una matriz de 3x4 por lo que tenemos 12 salidas. Y tomando en cuenta que el LM567 tiene una salida en bajo cuando coincide la frecuencia:

De esta manera tenemos doce posibles salidas, que pueden controlar algun dispositivo electrico, como lamparas, motores, alarmas, haciendo uso de dispositivos de electronica de potencia.

Etapa de potencia

Un tiristor es uno de los tipos mas importantes de los dispositivos semiconductores de potencia. Los tiristores se utilizan en forma extensa en los circuitos electronicos de potencia. Se operan como conmutadores biestables, pasando de un estado no conductor a un estado conductor. Para muchas aplicaciones se puede suponer que los tiristores son interruptores o conmutadores ideales, aunque los tiristores practicos exhiben ciertas caracteristicas y limitaciones.

Caracterkticas de los tifistores:

Un tiristor es un dispositivo semiconductor de cuatro capas de estructura pnpn con tres uniones pn tiene tres terminales: anodo catodo y compuerta. La fig. 1 muestra el simbolo del tiristor y una seccion recta de tres uniones pn. Los tiristores se fabrican por difusion.

Cuando el voltaje del anodo se hace positivo con respecto al catodo, las uniones J1 y J3 tienen polarizacion directa o positiva. La union J2 tiene polarizacion inversa, y solo fluira una pequena corriente de fuga del anodo al catodo. Se dice entonces que el tiristor esta en condicion de bloqueo directo o en estado desactivado llamandose a la corriente fuga corriente de estado inactivo ID. Si el voltaje anodo a catodo VAK se incrementa a un valor lo suficientemente grande la union J2 polarizada inversamente entrara en ruptura. Esto se conoce como ruptura por avalancha y el voltaje correspondiente se llama voltaje de ruptura directa Veo. Dado que las uniones Jl y 33 ya tienen polarizacion directa, habra un movimiento libre de portadores a traves de las tres uniones que provocara una gran corriente directa del anodo. Se dice entonces que el dispositivo esta en estado de conduccion o activado.

Simbolo del tiristor y tres uniones pn

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La caida de voltaje se debera a la caida ohmica de las cuatro capas y sera pequena, por lo comun lv. En el estado activo, la corriente del anodo esta limitada por una impedancia o una resistencia externa, RL, tal y como se muestra en la inferior. La corriente del anodo debe ser mayor que un valor conocido como corriente de.enganche IL, a fin de mantener la cantidad requerida de flujo de portadores a traves de la union; de lo contrario, al reducirse el voltaje del anodo al catodo, el dispositivo regresara a la condicion de bloqueo. La corriente de enganche, IL, es la corriente del anodo minima requerida para mantener el tiristor en estado de conduccion inmediatamente despues de que ha sido activado y se ha retirado la senal de la compuerta. En la fig. siguiente aparece una grafica caracteristica v-!comun de un tiristor.

vmj? iwem Co+e*de D'6piode

mmpieib uom@de de ~ b ~ r n ~ me*nimT)f - -=A4

VAK Veo

Una &z que el tiristor es activado, se comporta como un diodo en conduccion y ya no hay control sobre el dispositivo. El tiristor seguira conduciendo, porque en la union 1 2 no existe una capa de agotamiento de vida a movimientos libres de portadores. Sin embargo si se reduce la corriente directa del anodo por debajo de un nivel conocido como corriente de mantenimiento IH, se genera una region de agotamiento alrededor de la union J2 debido al numero reducido de portadores; el tiristor estara entonces en estado de bloqueo. La corriente de mantenimiento es del orden de los miliamperios y es menor que la corriente de enganche, 4. Esto significa que IL>IH. La corriente de mantenimiento IH es la corriente del anodo minima para mantener el tiristor en estado de regimen permanente. La corriente de mantenimiento es menor que la corriente de enganche.

Cuando el voltaje del catodo es positivo con respecto al del anodo, la union J2 tiene polarizacion directa, pero las uniones Ji y J3 tienen polarizacion inversa. Esto es similar a dos diodos conectados en serie con un voltaje inverso a traves de ellos. El tiristor estara en estado de bloqueo inverso y una corriente de fuga inversa, conocida como corriente de fuga inversa IR, fluira a traves del dispositivo.

Activacion del tiristor:

Un tiristor se activa incrementando la corriente del aiodo. Esto se puede llevar a cabo mediante una de las siguientes formas:

TERMICA. Si la temperatura de un tiristor es alta habra un aumento en el numero de pares electron-hueco, lo que aumentara las corrientes de fuga. Este aumento en las corrientes hara que al y a2 aumenten. Debido a la accion regenerativa (al + az) puede tender a la unidad y el tiristor pudiera activarse. Este tipo de activacion puede causar una fuga termica que por lo general se evita.

LUZ. Si se permite que la luz llegue a las uniones de un tiristor, aumentaran los pares electron-hueco pudiendose activar el tiristor. La activacion de tiristores por luz se logra permitiendo que esta llegue a los discos de silicio.

ALTO VOLTAJE. Si el voltaje directo anodo a catodo es mayor que el voltaje de ruptura directo Vso, fluira una corriente de fuga suficiente para iniciar una activacion regenerativa. Este tipo de activacion puede resultar destructiva por lo que se debe evitar.

dv/dt. Si la velocidad de elevacion del voltaje anodo-catodo es alta, la corriente de carga de las uniones capacitivas puede ser suficiente para activar el tiristor. Un valor alto de corriente de carga puede danar el tiristor por lo que el dispositivo debe protegerse contra dv/dt alto. Los fabricantes especifican el dv/dt maximo permisible de los tiristores.

CORRIENTE DE COMPUERTA. Si un tiristor esta polarizado en directa, la inyeccion de una corriente de compuerta al aplicar un voltaje positivo de compuerta entre la compuerta y las terminales del catodo activara al tiristor. Conforme aumenta la corriente de compuerta, se reduce el voltaje de bloqueo directo, tal y como aparece en la siguiente figura:

Tiristores de triodo bidireccional (TRIAC).

Un dispositivo que se comporta como dos SCR conectados en contraposicion, con una compuerta de paso comun; puede ir en cualquier direccion desde el momento en que el voltaje de ruptura se sobrepasa. El simbolo del TRIAC se ilustra en la figura siguiente y su caracteristica corriente- voltaje en la figura contigua. El voltaje de ruptura en un TRIAC disminuye si se aumenta la corriente de compuerta, en la misma forma que lo hace en un SCR, con la diferencia que un TRIAC responde tanto a los impulsos positivos como a los negativos de su compuerta. Una vez encendido, un TRIAC permanece asi hasta que su corriente cae por debajo de IH.

G

Para nuestro caso utilizamos el MOC3011 como optoacoplador entre la etapa logica y la de potencia, DIAC para el control de lamparas, y relay electrico utilizando el 2N2222 para proporcionar ganancia de corriente. Como se ilustra en los siguientes circuitos:

Pruebas y Conclusiones

1.- Se investigo el mecanismo y senalizaciones que realiza la central telefonica, para realizar la intercomunicacion entre dos telefonicos. En base a su funcionamiento, se realizo teorica y practicamente, el circuito electronico que se encarga de decodificar las instrucciones.

2.-Para la decodificacion de tonos, se elaboro un circuito de filtros pasa bandas, para determinar las dos frecuencias del pulso enviado.

3.- Se realizo y probo en forma independiente, el circuito que se encarga de la decodificacion de los tonos utilizados por el telefono.

4.- Las etapas anteriores se unieron para verificar su acoplamiento correcto.

5.- Se realizo el diseno del decodificador, buscando la manera de que queden dispuestos el maximo numero de variables de control.

6.- Se procedio a hacer una etapa de interfaz logica para el control de los elementos empleados.

7.- Para el control de dispositivos, (Lamparas, Motores, Cerraduras, relevadores), se empleo electronica de potencia.

8.- Se procedio a la implementacion practica del sistema.

Bibliografia

Titulo: Autor:

Redes de Conmutacion Telefonica Yudiel Perez Espejo

Electronica Digital y Circuitos Logicos M. Morris Mano

Electronica de Potencia Muhammad H. Rashid