Fotocélula con 555

Foto del prototipo.

Hola gente, después de una pausa obligada debida a mi trabajo, retomo las publicaciones de Inventable proponiéndoles una nueva versión perfeccionada de la fotocélula que he publicado tiempo atrás y que en este caso usa el mítico circuito integrado 555.

El 555 fue inventado por Hans R. Camenzind para la Signetics a principio de los años 70 y fue el circuito integrado más popular y famoso en la historia de la electrónica a tal punto que se han hecho miles de proyectos basados en él.
Aunque si el 555 se usa generalmente como oscilador (multivibrador astable) o como temporizador (multivibrador monoestable), en este proyecto lo usaremos simplemente como interruptor controlado por la luz y por lo tanto sin temporizaciones. Para esto aprovecharemos el flip flop y los comparadores internos que tiene el integrado. En la figura siguiente podemos ver una diagrama a bloques del integrado. Respecto al interruptor con transistores que he publicado tiempo atrás, este montaje posee mejores características técnicas como por ejemplo una acción de conmutación más precisa y una mayor histéresis. Además, usa menos componentes.

Diagrama interno del circuito inetgrado 555.
Diagrama interno del circuito inetgrado 555.

Como hemos visto en el otro proyecto de célula fotoeléctrica, la histéresis consiste en el hecho que el relé se activa cuando la luz que incide sobre la fotocélula baja de un cierto nivel pero para poder desactivar el relé es necesario que haya más luz respecto a cuando este se activó. Es decir, existen dos umbrales distintos, uno para que el relé se active, el otro para que se desactive. El diseño siguiente explica el concepto en modo gráfico.

Explicación gráfica de la histéresis en nuestro circuito.
Explicación gráfica de la histéresis en nuestro circuito.

La histéresis sirve para evitar que en el crepúsculo o en los días de tormenta, el circuito se encienda y se apague continuamente por encontrase entre la luz y la obscuridad (pasando continuamente por la zona del umbral). En la industria, todos los dispositivos electrónicos de autoregulación tienen un sistema histéresis.
En la figura siguiente he simplificado el circuito interno del 555 eliminando las partes que no sirven para esta aplicación y agregando la fotocélula de tipo LDR (Light Dependent Resistor). Podemos observar que una de las patas del LDR está conectada a masa (negativo) y la otra a una resistencia variable de regulación (preset o trimmer), esta última conectada a positivo. El LDR y el preset así conectados crean un divisor resistivo. El punto intermedio del divisor resistivo se encuentra indicado en la figura con la letra "A".

Diagrama simplificado del 555 con la fotocélula.
Diagrama simplificado del 555 con la fotocélula.

En la obscuridad, el valor de resistencia del LDR será muy elevado y por lo tanto, mucho mayor que el del preset, por lo tanto la tensión en "A" será más bien positiva. Por el contrario, cuando tengamos mucha luz, la resistencia del LDR disminuirá llevando la tensión del punto "A" casi a masa. Los dos comparadores internos del 555 "miden" la tensión del punto "A" y activan el relé solo si la tensión es de 2/3 de la alimentación (8V en el caso de alimentación con 12V) y desactiva el relé si la tensión en A es menor de 1/3 de la alimentación (4V en el caso de alimentación con 12V). En situaciones de penumbra, las tensiones intermedias en "A" (entre 4V y 8V), gracias a la histéresis del circuito no producen cambios en el estado del relé.

Circuito de la fotocélula con el circuito integrado 555.
Circuito de la fotocélula con el integrado 555.

La resistencia de ajuste (preset) nos permite de regular el umbral de activación del circuito. La resistencia en serie con el preset sirve solamente para evitar un exceso de corriente en el caso que el trimmer se encuentre al mínimo y la célula fotoeléctrica reciba mucha luz. Al inicio del artículo muestro la distribución de los componentes en la plaqueta y un ejemplo de conexión a una lámpara de 220V (o 110V). Para los que desean conectar el circuito a una tira de leds, es necesario usar los contactos auxiliares que se encuentran cerca de las salidas del relé como se puede ver en la figura.

Conexión de la fotocélula a una luz de 110V o 220V.
Conexión de la fotocélula a una luz de 110V o 220V.

Elenco de materiales

1 resistencia de 1K 1/4W
1 resistencia de 1,8K 1/4W
1 trimmer de 500K
1 LDR (célula fotoeléctrica)
1 diodo 1N4007 (cualquier diodo rectificador de 1A)
1 circuito integrado 555 (NE555, CA555, SE555, NA555)
1 led 3mm amarillo
1 relé 12V doble
3 conectores con borneras de 2 vías
1 conector con borneras de 3 vías
1 circuito impreso

En las figuras podemos ver el diseño del circuito impreso y las vistas pictóricas. El relé que yo he usado es doble y para aumentar la capacidad de corriente de este he conectado los contactos en paralelo. Los contactos de salida son tres porque los relés poseen también una salida "normalmente conectada" (NC) que podemos usar si nuestro circuito debiera trabajar al contrario. En mi artículo "Introducción a los relés" explico como funcionan los relés.

Conexión de la focélula a una tira de leds de 12V.
Conexión de la fotocélula a una tira de leds de 12V.

Pueden observar que la célula fotoeléctrica se puede soldar directamente en el circuito impreso o, a través de borneras, montar externamente como he hecho yo en el prototipo.
En el circuito impreso encontraran un espacio para montar una resistencia entre la pata 7 y la pata 6 del integrado y cuyo valor no se encuentra indicado. Esta resistencia es opcional y sirve solo en el caso sea necesario reducir la amplitud de la histéresis del circuito. Para esto, pueden probar con distintos valores entre 4,7K y 100K en base a la necesidad.

Circuito impreso de la célula fotoeléctrica con el 555.
Circuito impreso de la célula fotoeléctrica con el 555.

El circuito puede ser usado también como barrera fotoeléctrica. Para ello basta simplemente iluminar nuestra célula fotoeléctrica con un rayo de luz creado por nosotros (leds, lamparillas, linternas, laser, etc.) que se encuentre del otro lado del pasaje que queramos controlar. Cuando una persona, animal u objeto pasa a través de esta "barrera", el rayo de luz será interrumpido y por lo tanto se activará el relé. Les aconsejo de agregar un tubo obscuro de pocos centímetros a la célula fotoeléctrica para evitar interferencias luminosas.
Como de costumbre, les pongo para descargar el circuito impreso modificable en formato KiCad y también el PDF de alta resolución.
Hasta la próxima!!

Gabriel (inventable)

 

logo_descarga

Circuito impreso (PDF) (199)

Circuito impreso en formato fuente y modificable (KiCad) (153)

 

Los contenidos de este blog son originales y están bajo una licencia Creative Commons BY_NC_SA

33 pensamientos en “Fotocélula con 555”

  1. Excelente artículo Gabriel, sobretodo por ser algo tan útil y diseñado a partir de un un componente tan universal, pero en uno de sus usos poco conocido.
    Es bueno leer un nuevo artículo tuyo.

    Saludos
    HJ

  2. ¡Hola Gabriel! tanto tiempo. Creí que habías abandonado el proyecto de Inventable. Me alegra mucho que no sea así.
    Parece casualidad: justamente estoy con un problema de histéresis en un proyecto que estoy haciendo que me está volviendo loco (pero es por soft, no con mi amado 555) 🙂 .
    Mirando el circuito, justamente te iba a preguntar para qué estaba la resistencia al pin 7. Luego, al terminar de leer el artículo vi que lo habías aclarado.

    Bueno, seguí adelante. He visto que hay bastantes personas que te apoyan, y espero que, aunque sea mínimamente, me consideran uno más.

    Un abrazo,
    Juan

  3. Hola Gabriel! Esto sería aplicable a otras variables, co ser temperatura, usando el trasductor adecuado. Justo estoy con un dispositivo de este tipo usando un operacional LM311 y un sensor de temp LM335, y hallar la histeresis justa es complejo. Ya mismo me pongo a experimentar con el amado 555. Muchas gracias!
    Saludos.

    1. Jeje, sí, el 555 no debería llamarse NE, SE, LM y demás variantes. Debería ser LV555, pero el LV no por “low voltage” sino una abreviatura de LOVE.
      He leído por ahí que es el chip más vendido en la historia de la electrónica. Aún hoy, en la era de la pelotudez para hacer celulares que hagan cada vez más cosas, siempre en algún lado aparece un LV555 🙂 .
      Tengo un libro (pdf) escrito por el inventor, que en realidad trata de otros temas, pero que en un momento explica cómo, mientras volvía a su casa, se le ocurrió como pasar de un encapsulado de 14 pines al famoso de 8. En ese momento se volvió a la fábrica y dibujó las máscaras para el nuevo concepto y allí nació nuestro bien amado LV555 🙂 .

  4. Hola, me alegra mucho que vuelvas escribir estas maravillosas entradas, esperamos muchos articulos próximamente. Saludos cordiales

  5. tenes algun circuito de regulador inteligente de voltaje para automovil que trabaja en relacion con la ECU .GRACIAS ESPERO TU REPUESTA

  6. Hola soy nuevo y me parece genial lo que. Compartes mi pregunta es, si puedo hacer el mismo circuito pero que permanezca encendido sólo un par de horas

  7. Gabriel, mucha gracias por compartir tus conocimientos de este mundo que tanto nos apasiona la electrónica y sigue siempre adelante con tus inspiraciones por ayudar siempre a tus amigos de la comunidad INVENTABLE.

  8. saludos,casi todo el tiempo tenemos que usar una fuente de 12 v. que ocupa mucho espacio me gustaria que publiques una fuente pequeña sin transformador de baja intensidad solo para uso puntual

    1. Hola Edgard, te contesto de metido, pero espera la respuesta de Gabriel (Inventable).
      Las fuentes sin transformador o fuentes capacitivas como sueles llamarse no son capaces de entregar mas allá de los 50mA y son peligrosas al no estar la carga aislada galvánicamente de la red eléctrica.
      También se podría diseñar una pequeña fuente conmutada, como la de los cargadores de teléfonos celulares, pero además de ser bastantes complicadas utilizan componentes difíciles de conseguir o realizar.

      Saludos
      HJ

  9. Hola Gabriel! La verdad feliz de encontrar tu pag!! jaja no dejo de mirarla, estoy por hacer mi propia lampara led alimentado con el puerto USB espero me salga, si me sale y no es mucha molestia la voy a subir al foro! saludos y gracias!!!!

    1. Hola Juan Cruz:
      Antes que nada, quiero aclarar que soy un recién llegado (unos pocos meses).
      A mí me pasó lo mismo. Me dedico profesionalmente a la electrónica desde hace más de 40 años, y en mi primer, pero desafortunado comentario, di a entender, sin querer, que la página me gustaba mucho pero que no la necesitaba. Luego de recorrerla un poco más me tuve que tragar la lengua y pedir perdón por la estupidez que dije.

      Por lo último que supe de Gabriel, está de vacaciones y que luego de eso va a tener un par de meses muy complicados con su trabajo, así que quizá no pueda seguir los comentarios y responderlos.

      NO PUEDO, ni soñando, hablar en nombre de él, pero estoy casi seguro de que cuando lo lea, agradecerá tu comentario, y además, creó esto para enseñar, así que se me ocurre que cualquier aporte lo considerará bienvenido, pero esto es algo para lo que deberías esperar su aprobación o la de HJ, quien es el moderador del foro.

      Bueno, saludos,
      Juan

  10. Hola Gabriel
    Muy bueno son tus trabajos. Sigo tus recomendaciones al pie de la letra en los trabajitos que incursiono como iniciado en Inventable.
    Como iniciado que soy te hago una pregunta: es un capacitor de poliester de 10 nf el que esta a la par del rele? (color celeste).
    En la lista de materiales no lo veo.
    Necesito conectar un trafo de 12v al sistema para hacerlo funcionar a 220v?
    Gracias
    Carlos Rizo

  11. Hola Carlos, te contesto de metido… así que mi palabra no es oficial…
    Efectivamente se trata de un capacitor de 10nF que si te fijas en el circuito se corresponde con el que va conectado a la pata 5 del 555, se trata del condensador de bypass que controla los umbrales de salida de 2/3 de Vcc.
    No es necesario que sea de poliester, puede ser uno cerámico, pero con el de poliester tendrá menos corrimiento. Aunque para este montaje en particular uno cerámico es suficiente.
    con respecto a la alimentación, deberá ser una fuente o batería de 12V, es decir el transformador, con los diodos rectificadores y el capacitor de filtrado.
    si lo vas ha hacer trabajar con 220V (fuente mediante) te aconsejo agregar un capacitor de 10nF entre los pines 1 y 8 del 555.

    Saludos
    HJ

    1. Hola Hector,
      Podria ser la fuente de 12 v , una vieja fuente de PC?
      ó podria utilizar uno de esas fuentes que llevan algunos aparatos de electronica (tipo mobiles)? de salida 12v , claro.
      Ysi es asi, tendria que ponerle ese capacitador de 10 nf?
      Saludos

      1. Hola Juan José.
        Puedes utilizar casi cualquier fuente de alimentación de 12V que sea capas de entregar unos 100 mA como mínimo, aunque eso va ha depender de la impedancia del relé que utilices.
        Con respecto al capacitor de 10nF, si te refieres al conectado al pin 5 del 555, es conveniente que lo coloques y de ese valor.

        Saludos
        HJ

  12. Hola Hector Javier
    Gracias por la informacion, del capacitor, y en el apuro por preguntar olvide del voltaje que tendria.
    Te comento, construi la fotocelula de 2 transistores que publico Gabriel anteriormente y como ese circuito tiene que llevar conectado un trafo de 12v asi completa el semi ciclo para que funcione a220v,….me parecio que el nuevo proyecto ya lo incorporaba al trafo para asi evitar de tener que utilizar dos toma corrientes.
    Esperare la nueva publicacion
    El sensor de 2 transistores funciona muy bien tanto con una tira de led como con 220v.
    al proximo que haga buscare la forma de encapsularlo para protegerlo.
    Gracias HJ
    Carlos

  13. Podría utilizarse al contrario?
    O sea encendido de dia
    Apagado de noche
    Para un aviario de canarios
    Saludos

  14. Hoal Juan José: sí, se puede, simplemente utiliza los contactos NC y C en lugar de los NA y C. Fíjate en los esquemas de ejemplo.

    Saludos,
    Juan

  15. sigo con mis preguntas: Soy solo aficcionado a la electronica y estoy aprendiendo mucho de aqui.
    el rele de 12 v doble, cualquiera vale o tiene que ser alguno en concreto.?
    Al igual que la LDR?
    Y por ultimo, las lamparas de 220 V, tienen que ser incandescentes? o tambien me servirian las Fluorescentes?
    Perdonad si las preguntas son tan de principiante.
    Un saludo

    1. Hola Juan José.
      Puedes colocar cualquier relé de 12V, incluso uno simple inversor o uno de un contacto simple, pero ten en cuenta que la placa está diseñada para un relé doble inversor, así que si colocas otros será a través de cables que lo unan a la placa de impreso.
      Puedes utilizar cualquier LDR que consigas, aunque puede que en algún caso tengas que modificar o el preset resistivo ola residencia en serie con el mismo.
      Con respecto a la lámpara, el hecho de utilizar un relé para controlarla, permitirte que conectemos casi cualquier carga que deseemos., una lampara incandescente, a led, fluorescente, bajo consumo, alógena, etc, siempre que su consumo esté en el rango de corriente soportado por el relé que estemos utilizando, si lo que deseas controlar requiere mayor consumo de corriente, puedes controlar con el relé un contactor externo y controlar la carga que desees.

      Saludos
      HJ

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *