Interruptor crepuscular

*Versión: 2 Autor: Álvaro Liébana Bolívar Contacto: alvaroliebana2003@gmail.com Fecha de creación*: 25/10/2024

Descripción:
Este documento tiene como objetivo proporcionar información sobre el interruptor crepuscular

• Actualizaciones:Información acerca de los precios y el consumo.
• Pendientes:

Introducción

El interruptor crepuscular es un dispositivo que detecta la cantidad de luz haciendo que al llegar a un cierto nivel de lux actúe como interruptor abriendo o cerrando un relé mecánico que controla un sistema de iluminación. El nivel de intensidad lumínica es detectado mediante un LDR el cual debe estar colocado de forma que la luz que debe controlar el cierre o la apertura de relé incida sobre esta resistencia. El dispositivo cuenta con un potenciómetro, el cual es capaz de regular el valor umbral de luz que hace que el circuito se active o se desactive. Además, cuenta con dos indicadores, un indicador rojo de encendido y un indicador de azul de tracción de relé.

Interruptor crepuscular

Aplicaciones

Este dispositivo es usado para el control de un sistema de iluminación, lo que tiene diferentes aplicaciones:

• Iluminación en Espacios Públicos: Se utiliza en parques, plazas y estacionamientos, donde el encendido automático de luces asegura que los espacios estén iluminados solo en las horas de oscuridad, mejorando la visibilidad para las personas y vehículos.
• Iluminación en Túneles y Carreteras: En túneles y ciertos tramos de carretera, especialmente aquellos donde la visibilidad varía mucho, el interruptor crepuscular ayuda a mantener una iluminación constante cuando hay poca luz natural.
• Sistemas de Señalización y Seguridad en Industrias: En zonas industriales, el interruptor puede controlar la iluminación en áreas críticas, señalización y sistemas de seguridad, asegurando que las áreas peligrosas estén bien iluminadas durante la noche.
• Control de Iluminación en Jardines y Piscinas: Permite que las luces de jardines y piscinas se activen automáticamente por la noche, brindando un toque decorativo y mayor seguridad en estos espacios.

Esquemático

El esquemático obtenido en internet es el siguiente:

Esquemático del interruptor crepuscular

Se puede dividir en tres etapas:

• Etapa 1: Transformador de tensión de red de 230 V a 12 V: Formado por un transformador, un puente de diodos para rectificar la señal de la red, un diodo para indicar que el circuito está siendo alimentado, y un condensador para conseguir un nivel de continua con rizado.
• Etapa 2: Comparador entre la rama con la LDR y la rama con el potenciómetro para variar el nivel umbral, estas ramas van a la entrada inversora y no inversora respectivamente de un amplificador operacional alimentado entre 12 V (voltaje a la salida de la etapa 1) y masa, de forma que cuando el nivel de intensidad lumínica supere cierto umbral la resistencia del LDR disminuirá haciendo que la entrada inversora tenga mayor tensión que la entrada no inversora por lo que a la salida se fijan aproximadamente 0 V a la salida de esta etapa, y de forma similar cuando el nivel de luz disminuya y aumente la resistencia de la LDR que hará que la salida se fije a 12 V.
• Etapa 3: Alimentación del relé para conmutar el circuito al que irá conectado este dispositivo. Para ello se usa un transistor NPN controlado por el voltaje de salida de la etapa anterior haciendo que funcione en corte (nivel de luz alto) o en saturación (nivel de luz bajo), este transistor tiene en el emisor un LED para indicar cuando está en ON el transistor y, por tanto, el relé también está en ON.

Diseño comercial en PCB

En internet se pueden encontrar diferentes modelos de interruptor crepuscular como el que se muestra en la imagen, en la que aparece el producto visto desde arriba y la botton layer de la PCB del circuito:

Producto comercial

Instrucciones a seguir:

1. El módulo fotorresistente es más sensible al brillo de la luz ambiental y generalmente se utiliza para detectar el cambio de brillo de la luz ambiental.
2. Cuando la luz ambiental del módulo es más oscura que el valor de umbral, el relé se tira y el extremo común se conecta con el extremo normalmente cerrado (desconectado del extremo normalmente cerrado). Cuando la luz ambiental externa es más brillante que el valor umbral establecido, el relé se desconecta y el extremo común se desconecta del extremo normalmente cerrado (desconectado del extremo normalmente cerrado)
3. Terminal común, normalmente abierto, normalmente cerrado, los tres puertos son equivalentes a un interruptor de control doble. Cuando la bobina del relé está energizada, el terminal común se conecta con el terminal normalmente abierto, y cuando no hay energía, el terminal común se conecta con el terminal normalmente cerrado.

Asuntos necesitan atención:

1. Si necesita trabajar durante el día y no trabaja por la noche, conecte el terminal común y el terminal normalmente abierto, como el control de la farola. De lo contrario, conecte el terminal común y el terminal normalmente cerrado. (Seleccione el cableado del puerto según las necesidades reales)
2. Un contacto en el medio del terminal de salida es el terminal normalmente cerrado debajo del terminal común, y el superior Es el terminal normalmente abierto.

Esquemático realizado.

Esquemático

El esquemático lo he dividido en tres partes:

1. Convertidor de 230V AC a 12 V DC de bajo coste, para ello he usado un condensador de poliester y una resistencia de 2W que bajan la tensión de la red, con una resistencia de realimentación. Tras la reducción he puesto un puente rectificador con dos diodos zener con una tensión en inversa de 12 V y un condensador con de 470 uF, de esta forma se consiguen los 12 V DC que van a alimentar el circuito.

Convertidor de 230V AC a 12 V DC de bajo coste

2. La segunda parte está formada por un comparador con un amplificador operacional, por la rama de la patilla inversora en la que tenemos un LDR con una resistencia máxima de 50 kOhms y un $\alpha = 0.7$, con estos parámetros podemos calcular la curva de resistencia del LDR en función de la luz incidente y sabiendo que este dispositivo funciona con luz natural, en el amanecer tenemos una intensidad de 40 lux, para la cual el circuito tiene una resistencia de 18 kOhms. Con este dato, he calculado el voltaje que hay en la patilla inversora y he calculado los valores de resistencias para la otra rama para tener ese mismo voltaje con el potenciómetro, y a partir de este potenciómetro poder regular la intensida lumínica a la que funciona el circuito de forma que si reducimos el valor de resistencia del potenciómetro, la tensión en la no inversora aumenta por lo que se necesita un mayor voltaje en la no inversora para que conmute la salida del operacional, esto se traduce en una mayor intensidad lumínica necesaria cambiar la salida del operacional.

Comparador

3. La tercera parte es el actuador del dispositivo, formado por un bjt que aumenta la intensidad a la salida del amplificador a la necesaria para alimentar la coil del relé y la resistencia con el diodo LED que indica que el relé está conectado.

Actuador

PCB realizada

Con este esquemático he realizado la siguiente PCB, en la que la posición de los LEDs, el LDR, el potenciómetro y los bornes está pensada según el modelo de plastilina del producto final que quería realizar.

PCB realizada

Vista 3D de la PCB realizada

Producto final

Una vez realizada la PCB, he diseñado el producto final, formado por una base para anclarlo a la pared con dos piezas para poder ajustar el ángulo según donde incida la luz y también una caja en la se encuentra la PCB formada por dos piezas, una inferior y otra superior que se unen con una abrazadera, en la parte inferior hay unos orificios para anclar la PCB con cuatro tornillos de 2 mm, y también hay dos tornillos de 3mm para unir la caja con la base de la pared, estos tornillos se han puesto debido a que se deben conectar tres cables y el producto va a tener que soportar esfuerzos mecánicos por estos, además el producto va a estar en el exterior por lo que debe ser resistente a esfuerzos mecánicos producidos por otros factores, en la parte superior hay dos agujeros pasantes en el lateral para los LEDs y una cúpula para que el LDR pueda recibir luz.

Modelo de plastilina

Producto final

Vista explosionada del producto final