Contador fotoeléctrico de personas y objetos

Descripción general

El contador fotoeléctrico que se describe en este proyecto es un circuito que cuenta la cantidad de veces que un objeto opaco se interpone entre un rayo de luz y un sensor óptico. El estado de la cuenta se visualiza en tres displays de siete segmentos, permitiendo la cuenta en línea hasta de 999 objetos.

El contador utiliza como sensor un LDR (resistencia dependiente de la luz) o fotocelda. La luz puede provenir de una fuente natural (sol) o artificial (lámparas incandescentes, fluorescentes, de neón, etc.).

Cuando la cuenta llega a su tope máximo (999), el circuito la reinicia nuevamente en 0 y envía una señal de sobreflujo que puede utilizarse externamente para ampliar la longitud del conteo a 4 ó más dígitos.

El circuito también proporciona la facilidad de borrar la cuenta (reset) o detenerla (stop) en cualquier momento. No utiliza partes móviles y es extremadamente compacto, gracias a la adopción de una técnica digital conocida como muítiplex por división de tiempo.

Al no existir contacto físico entre el sensor y el mundo externo, el sistema garantiza la ausencia de desgaste mecánico y permite contar objetos de cualquier índole, sin importar su forma o su peso. Esta es una de sus principales ventajas.

Los contadores fotoeléctricos se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, domésticas e industriales, y sustituyen a los contadores electromecánicos convencionales en numerosas situaciones. Se pueden emplear para contar personas, animales y objetos como hojas, botellas, latas, cajas, bolsas, etc.

Operación

En la figura 1 se muestra el diagrama de bloques de nuestro contador fotoeléctrico. El sistema consta, básicamente, de un sensor de luz (LDR), un conformador de pulsos, un contador BCD de 3 décadas multiplexado, un decodificador de BCD a siete segmentos y un displays de 3 dígitos.

En la figura 2 se muestra el circuito correspondiente al conformador de pulsos. En condiciones normales, la fuente de luz ilumina la fotocelda y su resistencia es muy baja. Como resultado, la entrada del inversor Schmitt-trigger recibe un alto y su salida es baja.

Cuando se interpone un objeto entre el rayo de luz y la fotocelda, la resistencia de esta última aumenta, aplicando un bajo a la entrada del inversor Schmitt-trigger. Como respuesta, la salida del circuito realiza una transición de bajo a alto, es decir, produce un flanco de subida.

Cuando el objeto deja de interrumpir el rayo de luz, la resistencia de la fotocelda disminuye y la salida del inversor se hace nuevamente baja. El resultado neto de este proceso es la emisión de un pulso positivo de voltaje. Este pulso se aplica al contador.

Las fotoceldas no responden inmediatamente a los cambios en la intensidad de la luz incidente y, por tanto, generan señales lentas. Esta es la razón por la cual se emplea una compuerta Schmitt-trigger como dispositivo conformador de pulsos.

El potenciómetro R2 permite ajustar la sensibilidad de la fotocelda de acuerdo a la intensidad de la luz incidente. La resistencia R1 sirve de protección, evitando que circule una corriente excesiva cuando el potenciómetro está en su posición de mínima resistencia y la LDR está iluminada.

El contador de pulsos es el corazón de este proyecto. Está desarrollado alrededor de un circuito integrado MC14553. Este chip, consiste de tres contadores BCD conectados en cascada.

El primer contador registra, en código BCD, las unidades, el segundo las decenas y el tercero las centenas del número de pulsos.

Por ejemplo, si han ingresado 319 pulsos, en las salidas del primer contador se tendrá el código BCD 0011 (3), en las salidas del segundo el código 0001 (1) y en las salidas del tercero el código 1001 (9).

Estos tres códigos se rotan secuencialmente en las salidas del contador MC 14553, apareciendo cada uno durante una pequeña fracción de tiempo ( 1.6 ms). Esta forma de presentar información digital se conoce como multipLex por división de tiempo.

Las salidas del contador alimentan un decodificador 4543B, el cual convierte cada código BCD en un código de siete segmentos que excita, secuencialmente, los displays encargados de visualizar las unidades, decenas y centenas de la cuenta.

En la figura 3 se muestra el díagrama esquemático completo del contador fotoeléctrico. Los pulsos provenientes del conformador se aplican al pin 12 del MC14553. Para que la cuenta ocurra, las líneas MR (reset maestro, pin13) y DIS (inhibidor, pin11) deben estar ambas en bajo.

Para iniciar la cuenta a partir de 000 ó cancelarla en cualquier momento, debe pulsarse el botón de borrado S1 (RESET). De este modo, la línea MR (reset maestro pin 13) del MC14553 recibe un alto y todas las salidas BCD de sus contadores internos se hacen iguales a 0000.

Para detener la cuenta y congelarla en el último valor registrado, sin borrarla, debe pulsarse el botón de paro S2 (STOP). Cuando esto se hace, la línea DIS (inhibidor, pin 11) del MC14553 recibe un alto y se inhibe la operación de los contadores BCD internos.

El condensador C1 determina la frecuencia de exploración, es decir, la rapidez con la cual el MC14553 muestra secuencialmente en sus salidas los códigos de las unidades, decenas y centenas de la cuenta actual.