Electrónica Analógica · Tema 31

Proyecto: estación con alarma

Todo el curso en una placa: termómetro 0–50 °C con salida al ADC y alarma a 35 °C que no repiquetea.

01 · Especificación

Qué debe hacer

Medir 0–50 °C con salida 0–2,6 V apta para ADC de 5 V, y prender buzzer + LED sobre 35 °C apagando bajo 33 °C (banda 2 °C). Alimentación: 2×9 V + 7805 para el puente. Cada bloque ya se diseñó en su tema: acá se integran.

  • ¿Qué bloques y en qué orden?
  • ¿Qué valores lleva cada uno?
  • ¿Cómo se calibran los umbrales?
  • ¿En qué orden se prueba?

02 · Diagrama

Seis bloques, dos salidas

puente → INA → filtro →ADC + Schmitt →buzzer/LED
Bloques y su tema de diseño.
BloqueValoresTema
Puente NTC 10kFijas 10k, excitación 5 V (7805)13
INA ×2AD620, Rg 47k (≈ 2,05)25
Pasa-bajos 1 Hz150k + 1 µF23, 26
Adaptación ADCRestador ×0,5 + ref −2,5 V19
Schmitt 33/35 °CRa 10k, Rf 150k, Vref −1,15 V20
Driver2N2222 + buzzer 5 V + LED + flyback*29

*Flyback si hay relé; con buzzer piezo + LED no hace falta bobina, pero el transistor sí.

03 · Umbrales

−0,86 / −1,06 V = 33 / 35 °C

La cadena da −0,857 V a 33 °C y −1,059 V a 35 °C. El Schmitt (Ra 10k a Vref −1,15 V, Rf 150k a la salida) conmuta en −0,859 V subiendo y −1,047 V bajando: ON a ≈ 35 °C, OFF a ≈ 33 °C. Vref sale de −9 V con 10k/68k (−1,15 V) + preset para ajuste fino.

Salida ADC

2,60 → 0,07 V

Restador (Vtemp+2,5)/2: 0 °C → 2,60 V, 25 °C → 1,25 V, 50 °C → 0,07 V. Todo dentro de 0–5 V.

Alarma

ON 35 / OFF 33

Banda 2 °C ≈ 0,2 V eléctricos: 10× el ruido típico. Sin repiqueteo garantizado.

04 · BOM

Lista de compras

Materiales aproximados (todo E12/barato).
ÍtemDetalle
NTC 10k + R 10k ×3Puente (B = 3950 el NTC)
AD620 + Rg 47kINA ×2,05
LM324Restador + Schmitt + buffers ref (sobra 1)
R: 10k ×6, 20k ×2, 150k, 68k, 1kDivisores, Rf, LED
C: 100 nF ×3, 1 µF, 2200 µFDesacople, filtro, fuente
2N2222 + buzzer 5 V + LEDAlarma sonora y visual
7805 + 2×9 V + protoboardPuente regulado, rieles ±9 V

Consumo ≈ 10 mA por riel: una alcalina de 500 mAh dura ~50 h. Para instalación fija, fuente de 9 V + 7905 opcional (las refs derivan con la batería: recalibrar).

05 · Proyecto en código

Gemelo digital

Modelo completo: temperatura → Vtemp → Vadc, con alarma simulada subiendo y bajando.

Python en tu navegador. Barrete 30–40 °C y mirá dónde prende y dónde apaga.

import math

def vtemp(t_c, g=2.0):
    rx = 10000 * math.exp(3950 * (1 / (t_c + 273.15) - 1 / 298.15))
    return g * (5 * rx / (10000 + rx) - 2.5)


def estacion(t_c):
    vt = vtemp(t_c)
    vadc = (vt + 2.5) / 2
    print(f"{t_c:>3.0f}C Vtemp={vt:+.2f}V Vadc={vadc:.2f}V")
    return vt, vadc


for t in (0, 25, 33, 35, 37, 50):
    estacion(t)

33 °C → −0,86 V; 35 °C → −1,06 V; Vadc siempre entre 0,07 y 2,60 V. ¿Vadc a 37 °C?

Alarma con memoria

def alarma(vt, estado, vth_on=-1.047, vth_off=-0.859):
    if vt < vth_on:
        estado = True
    elif vt > vth_off:
        estado = False
    return estado


e = False
for t in (30, 33, 35, 37, 35, 33, 31):
    e = alarma(vtemp(t), e)
    print(f"{t}C -> {'ALARMA' if e else 'ok'}")

06 · Analogía programador

Deploy por etapas

  1. 1
    Bloques = microservicios.

    Cada uno con contrato (rango, impedancia): la integración falla en las interfaces, no adentro.

  2. 2
    Gemelo digital = staging.

    El modelo predice cada nodo: medir y comparar es el test de integración.

  3. 3
    Presets = feature flags.

    Ajuste fino sin resoldar: Vref con preset absorbe tolerancias de todo lo anterior.

07 · Exploración

Laboratorio: fijar la alarma

Elegí ON y OFF en °C: el laboratorio calcula los umbrales eléctricos y valida la banda (≥ 0,5 °C, dentro de 0–50 °C).

LABORATORIO 31

Calibrador de alarma

ON 35 °C · OFF 33 °C

Vth ON−1,06 V
Vth OFF−0,86 V
Banda2 °C · 0,20 V
EstadoVálido ✓

ON 35 °C (−1,06 V), OFF 33 °C (−0,86 V): banda 2 °C.

Preguntas para explorar

  1. Poné ON 40 y OFF 39. ¿Banda eléctrica? ¿Por qué es mala idea?
  2. ¿Qué pasa si ON < OFF? ¿Tiene sentido físico?
  3. Con banda 0,2 V y ruido 50 mV: ¿margen? ¿Y con 300 mV de interferencia?
Ver respuestas sugeridas
  1. ≈ 0,09 V (40 °C → −1,54 V; 39 °C ≈ −1,44 V): 1 °C de banda invita al repiqueteo con cualquier ruido.
  2. No: la alarma prendería al enfriar. El laboratorio lo marca inválido: ON debe superar a OFF.
  3. 4× de margen ✓; con 300 mV el ruido supera la banda: primero silenciar (T27–28), después alarmar.

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

«Anda a la primera»

Los proyectos andan por etapas: puente, INA, filtro, adaptación, Schmitt, driver. Probar todo junto es debuggear todo junto.

«Sin presets, a cálculo puro»

Tolerancias 5 % mueven los umbrales °C enteros: Vref con preset no es trampa, es ingeniería.

«Buzzer al op-amp»

El buzzer pide decenas de mA con picos: transistor siempre. El Schmitt decide, no alimenta.

«Calibrar = un punto»

Un punto fija offset, dos fijan pendiente: 0 °C (hielo) y 37 °C (cuerpo) o dos baños conocidos. Verificar en el medio.

09 · Práctica guiada

Ejercicios de integración

Ejercicio 1: alarma a 40 °C

Querés ON a 40 °C con OFF a 38 °C. Calculá Vth con vtemp() y rediseñá Vref (Ra 10k, Rf 150k). ¿Vref?

Ver solución razonada

−1,54/−1,35 V: centro −1,44 V → Vref ≈ −1,67 V (divisor −9 V: 10k/47k da −1,58, ajustar con preset).

Ejercicio 2: ADC de 10 bits

Vadc 0,07–2,60 V a ADC 5 V/10 bits. ¿Cuentas por °C (promedio)? ¿Resolución suficiente para 0,5 °C?

Ver solución

≈ 10 cuentas/°C (2,53 V/50 °C = 51 mV/°C ≈ 10,4 cuentas): 0,5 °C ≈ 5 cuentas ✓ sobrado. El ruido manda, no el ADC.

Ejercicio 3: puesta en marcha

Orden de pruebas con multímetro: rieles → puente → INA → filtro → Vadc → umbrales → driver sin carga → carga. ¿Qué valor esperás en cada nodo a 25 °C?

Ver solución

±9, +5; 2,50/2,50; 0,00; 0,00; 1,25; sin conmutar; driver abierto. Si un nodo miente, el problema está antes, no después.

10 · Síntesis

Ideas para recordar

  • Seis bloques, dos salidas: ADC 0,07–2,60 V + alarma 35/33 °C.
  • Umbrales −1,06/−0,86 V con Vref −1,15 V (10k/68k + preset).
  • Integrar por etapas con valores esperados por nodo.
  • Presets + 2 puntos de calibración absorben tolerancias.
  • Banda eléctrica ≥ 4× el ruido medido.

Proyecto completo. Solo falta mirar atrás y adelante: en el último tema, cierre y puente al curso 5.