Creatividad en tiempos de cuarentena

Aprovechando estos tiempos de cuarentena, me dediqué a ordenar las cajas con mis artículos del laboratorio que tenía cuando estudiaba ingeniería electrónica.

A medida que organizaba los circuitos integrados, resistencias, condensadores, leds y mis apuntes de aquella época, se me ocurrió diseñar un circuito que controle el encendido y apagado de luces DRL que colocaría en el automóvil de mi esposa (Samsung SM3). 

Las luces DRL, o de conducción diurna, son aquellas que vienen o se colocan en la parte frontal de los automóviles. Estas luces se encienden con la puesta en marcha del motor y permanecen encendidas hasta que el motor se detenga, sin un control por parte del conductor. Su objetivo es hacer más visible el automóvil para los otros conductores y peatones durante el día, según la normativa de la unión europea.

Para este proyecto necesité comprar (desde china) unas luces LED fabricadas para este propósito, llamadas ojo de águila. Como referencia me costaron unos USD 1.45 el par y utilicé 3 pares. Tardaron dos semanas en llegar a mi casa.

Diseño del circuito

Inicialmente pensé diseñar un circuito en base a relés electromecánicos que se activen cuando el alternador comience a funcionar encendiendo las luces DRL. Generalmente, los automóviles cuentan con un relé que se activa para suministrar energía proveniente del regulador a los componentes eléctricos del automóvil cuando el motor parte y se mantiene conectado hasta que el motor paré. Este no fue el caso, no logré tener acceso a uno de los terminales del relé para poder extraer el voltaje que alimentará el circuito.

Problema: ¿Cómo identificará el circuito cuando el motor se encuentre encendido o apagado?

Para solucionar este problema recurrí a la electrónica analógica y a los circuitos integrados que aun tenia dentro de mis cachureos de laboratorio.

Pero antes, un poco de investigación. El regulador de voltaje del sistema eléctrico suministra un voltaje entre 13.8 a 14.4 volts cuando se encuentra cargando la batería.

La siguiente tabla muestra los voltajes y la interpretación del estado de la batería.

Por lo tanto, fije el valor sobre 13.5 Volts para identificar si el motor se encuentra encendido, es decir, que el sistema eléctrico se encuentra cargando la batería correctamente. 

Como indicador secundario, si las luces DRL no encienden cuando el motor se encuentra en marcha, puede indicar una falla en el sistema eléctrico de carga.

El circuito resultante:

El componente principal es un amplificador operacional LF353 que censa el voltaje de la batería del automóvil (V1) por medio de las resistencias de 33KΩ y 18KΩ a través de su entrada no invertida. Este voltaje se compara con la referencia del voltaje (V2) formado por las resistencias de 10KΩ conectadas a la entrada invertida. Esta configuración del amplificador operacional se conoce como comparador.

Cuando el voltaje de la batería supere los 13.5 Volts, el V1 será mayor de 4 Volts. Esto causará que el amplificador operacional cambiará el estado de su salida de bajo a alto, generando un voltaje que activará el circuito formado por el transistor 2N2219 (configurado en modo de saturación) que, a su vez, activará el relé electromecánico que encenderá las luces DRL.

La función del circuito integrado LM7808 (regulador de voltaje de 8V) es proporcionar un voltaje estable para el voltaje de referencia, que en este caso es de 4 Volts. Los diodos 1N4001 de entrada son para proteger el amplificador operacional en caso de conectar erróneamente el circuito a los bornes opuestos de la batería del automóvil.

Una vez realizado todas las pruebas y como no tenía los materiales para llevar el circuito del protoboard a un PCB porque las tiendas de electrónica están cerradas, lo soldé directamente entre los terminales de los componentes y lo coloqué dentro de una caja plástica de desecho.

Finalmente, lo instalé en el automóvil.

El siguiente desafío, y solo a modo de prueba, es utilizar un micro-controlador como el ATMEGA328P-PU que es parte de un Arduino. Lo interesante de esto es que el micro-controlador tiene entradas A/D integradas y la flexibilidad de programar otras funcionalidades como indicar mediante un display LCD o por medio de LEDs de colores el estado del sistema eléctrico del automóvil o que las luces DRL se apaguen cuando se enciendan las luces bajas o altas. También al adicionar otros sensores como foto-resistencias se puede hacer que las luces DRL se apaguen con la oscuridad, siempre y cuando las luces bajas o altas se encuentren encendidas, entre otras ideas.

Para quienes estén interesado en utilizarlo para su automóvil, dejo la lista de materiales:

1. 3 resistencias de 10KΩ de 5% tolerancia, ¼ Watt.
2. 1 resistencia de 33KΩ de 5% tolerancia, ¼ Watt.
3. 1 resistencia de 18KΩ de 5% tolerancia, ¼ Watt.
4. 1 resistencia de 5.6KΩ de 5% tolerancia, ¼ Watt
5. 1 condensador de 4.7uF electrolítico de 50 Volts.
6. 4 diodos 1N4001.
7. 1 LF353  (Datasheet LF353)
8. 1 base para circuito integrado de 8 pines.
9. 1 LM7808 (Datasheet LM7808)
10. 1 transistor NPN 2N2219 (Datasheet 2N2219)
11. 1 relé electromecánico de 12 VCC normalmente abierto para automóvil.

Las pruebas de diseño lo realice con el software Electronics Workbench