Actividad 8: Modulación por Ancho de Pulso (PWM))

Modulación por Ancho de Pulso (PWM)

La Modulación por Ancho de Pulso (en ingles PWM - Pulse Width Modulation), es un tipo de señal que permite transmitir información o para variar la cantidad de energía que se entrega a la carga. La técnica usada en un PWM es modificar el ciclo de trabaja de la señal de control periódica (una senoidal o una cuadrada), que corresponde al ancho de la parte positiva de la señal. Cumple la función de un interruptor, encendiéndose y apagándose de manera continua, ajustando de este modo la cantidad de potencia suministrada.

El tiempo que la señal permanece en estado alto se conoce como Ciclo de trabajo del pwm y corresponde a un porcentaje del tiempo total que dura la señal en repartirse (periodo). En la siguiente figura podemos observar señales de PWM con diferentes ciclos de trabajo. Si tenemos PWM del 0% tendremos 0v ya que la señal esta en estado bajo siempre, si tenemos un PWM del 50% tendremos la mitad la potencia que podemos generar ya que la señal estará la mitad del tiempo en estado alto y la otra mitad en estado bajo, con un PWM al 100% tenderemos el máximo voltaje lo que corresponde a la máxima potencia, ya que la señal esta en estado alto todo el tiempo. 

Una técnica para variar la velocidad de un motor es aumentando o disminuyendo el voltaje de alimentación del mismo mediante el uso de resistencias variables, pero esto supone la pérdida de energía en calor a través de la resistencia. Los pwm pueden ser usados para variar la velocidad de giro de un motor, la posición de un servo motor (ángulo) modificado en función al ancho del pulso enviado por el controlador. También puede usarse para controlar válvulas, bombas, sistemas hidráulicos y otras piezas mecánicas, elementos de calefacción, fuentes de alimentación o amplificadores de audio. Dependiendo de la potencia y la frecuencia de la señal de control se puede llegar a necesitar una etapa de potencia que puede estar compuesta por reles, MOSFET o tiristores (alta frecuencia).

PWM con Arduino:

Para esta actividad haremos uso de Arduino para generar PWM, de una forma sencilla. Aruduino Uno cuenta con 6 salidas de PWM las cuales se pueden identificar en el con el símbolo (~), que corresponden a los pines 3, 5, 6, 9, 10 y 11, que también pueden ser usados como pines digitales. Dichas salidas PWM pueden varias desde 0 a 255 que corresponden a 0% y al 100% del PWM. Para indicar el valor del PWM se escribe la fucnion:

analogWrite(pin_pwm, valor_pwm);

pin_pwm: pueden ser los pines 3, 5, 6, 9, 10 ó 11.

valor_pwm: un numero entre 0 y 255, donde 0=0% y 255=100%.

En el siguiente circuito se puede observa el montaje de botones, un transistor y un motor, el objetivo es controlar la velocidad de giro del motor. Si vemos el código tenemos los botones 1, 2 y 3 conectados a los pines 10, 9 y 8 respectivamente definidos como entradas, también tenemos nuestra salida de PWM a través del pin 6 del Arduino.

En el código observamos que si presionamos el botón 1 si este tiene un valor alto "HIGH", entonces el pin 6 le definimos un valor de 128 que corresponde a un PWM del 50%, así el motor girar a la mitad de su capacidad, pero si presionamos el botón 2, definimos un valor de 255 que corresponde a un PWM del 100% es decir que el motor gira al máximo de su capacidad.

En conclusión al variar estos valores de PWM entre 0 y 255, podemos tener diferentes velocidades de giro del motor en este caso, o si deseamos podemos variar la intensidad de brillo de una lampara de igual forma.

Actividad:

Para esta actividad el estudiante deberá hacer en la plataforma Tinkercad los siguientes puntos:

1. Montaje y simulación del circuito mostrado en el blog con el mismo código que parece en la imagen anterior, y verificar la velocidad de giro del motor al presionar los botones 1 y 2.

2. Agregarle al montaje otro pulsador con su respectiva resistencia hasta completar 4 botones y realizar las modificaciones necesarias al código presentado en el blog para lograr que el motor tenga tres velocidades y un botón de stop como se muestra a continuación:

Botón 1: velocidad 1 con un PWM = 25%.

Botón 2: velocidad 2 con un PWM = 75%.

Botón 3: velocidad 3 con un PWM = 100%.

Botón 4: Stop con un PWM = 0%.

Entregar:

Como evidencia el estudiante de forma individual deberá enviar captura de pantalla del montaje y un vídeo corto de la simulación de cada punto,  al siguiente correo y con el asunto:

Correo: electronica2020colgalan@gmail.com

Asunto: Actividad 8: "PWM" Nombre y Apellido" grado 10

NOTA: 

La fecha limite de entrega es martes 02/06/2020 hasta la media noche. Es muy importante enviar la evidencia correspondiente. Las inquietudes o dudas se responderán en el horario de mañana y deben ser enviadas al correo electronica2020colgalan@gmail.com, o al final del blog en la sección de comentarios.