[Guia] LEDs

Light Emition Diode (LED) o Diodo Emisor de Luz, se trata de un semiconductor de la familia de los diodos, pero en este caso con la particularidad de emitir luz.

Como bien ya sabemos que hoy son muy utilizados en casi todo tipo de dispositivos, desde un simple Led opaco de luminosidad difusa y bajo brillo utilizado en monitor de estados, (un monitor de esta es un Led que indica en que estado esta un circuito por ejemplo el encendido de una PC, la cual lo indica un Led. O el flujo de datos en un disco rígido, etc.…). También se utilizan en matrices de Led por ejemplo marquesinas donde es posible mostrar texto o imágenes, También los podemos encontrar en linternas (estos leas ya son de mayor eficiencia), en backlight de monitores de LCD, TV, Celulares, etc.. También en medicina como lámparas de curado, en cultivos de plantas, en comunicaciones en forma de láser (Lugo detallaremos el tema), en señalización, etc.…

Como podemos ver son parte del día a día, y cada vez más, ya que ahora estamos empezando a verlos en luminarias en hogares y vecindarios.

Es notable que el consumo de un Led en relación a la luminosidad que nos proporciona es muy buena, por ello esta sobrepasando a las viejas lámparas fluorescentes.

Por el momento es una tecnología algo costosa en determinados países pero dentro de poco será muy accesible y las lámparas fluorescentes serán algo histórico (como esta pasando con las incandescentes).

El diodo Led esta formado por distintas aleaciones, como por ejemplo GaAs (Arsénico y Galio), GaAsAl (Arsénico, Galio y Aluminio), AsGaP (Arsénico, Galio y Fósforo),  GaN (Galio y Nitrógeno), ZnSe (Selenio y Zinc), InGaN (Indio, Galio y Nitrógeno), Si (Silicio), etc..

La composición también tiene que ver con el color ya que varía la energía con que se emiten los fotones.

GaAs    Infrarrojo                    940nm
AlGaAs  Rojo, Infrarrojo              890nm
GaAsP   Rojo, Anaranjado, Amarillo    630nm
GaP     Verde                         555nm
GaN     Verde                         525nm
ZnSe    Azul                          430nm
InGaN   Azul                          450nm
SiC     Azul                          480nm
C       Ultravioleta                  380nm 

La luz se genera cuando el electrón pasa de un estado superior a uno inferior, es decir pierde energía que se manifiesta en forma de fotones, el color del Led es en función a la energía con que se desplaza el fotón, es decir varia su longitud de onda en función de la velocidad del fotón.

En función a esa velocidad y a grandes rasgos sin meternos en movimiento angular, fuerzas y partículas (física quántica) podemos decir que el color será función de la frecuencia, que es inversamente proporcional a la longitud de onda.

La longitud de onda el reciproco de la frecuencia, mientras mayor sea la frecuencia menor será la longitud de onda, y mientras menor sea la frecuencia mayor será la longitud de onda.

En el espectro de los colores podemos ver que a cada color le corresponde una longitud de onda medida en [nm] mientras menor sea la frecuencia mas nos acercamos al infrarrojo y mientras mayor sea la frecuencia mas nos acercamos al ultravioleta, en los puntos medios tenemos los colores.

 

La tensión de alimentación de un Led puede ir desde los 1,8V a los 3,8V esto para Leds estándar de alta luminosidad. Los de potencia se alimentan con 3,6V, 9V, 12V, etc… 

Rojo       = 1,8V a 2,2V
Anaranjado = 2,1V a 2,2V
Amarillo   = 2,1V a 2,4V
Verde      = 2V   a 3,5V
Azul       = 3,5V a 3,8V
Blanco     = 3,6V

Una formula básica para calcular la resistencia de un led:

Rled = (Vfuente - Vled) / Iled

Rled es la resistencia a calcular para el led
Vfuente es la tensión de la fuente que se utilizara para alimentar el led
Vled es la tensión del led
Iled es la intensidad o corriente del led.

Por ejemplo para el led Azul de 3,5V a 10mA alimentado con 12V
R = (12V – 3,5V) / 0,01A = 850ohms

La tensión de alimentación también depende del color, al igual que el consumo, existen muchos tipos de leds que poseen diferentes características, como tonalidad del color, corriente directa, potencia, tipo de lente, ángulo de apertura, flujo luminoso, densidad luminosa, etc..

El ángulo de apertura es en función de la lente que utiliza que a su vez nos dará como consiguiente la densidad luminosa que se mide en candelas [cd] mientras mas cerrado sea el ángulo de apertura de luz mayor serán las candelas del Led, ya que en un tamaño menor emitirá mayor luz, esto es la densidad.

Se puede ver en el grafico que mientras más agudo es el ángulo más denso será la luz, por ende mayor cantidad de candelas.

En cambio los leds de potencia al no poseer lente integrada (esto es porque nos da la posibilidad de usarlos tanto con lente o sin lente para una iluminación de una habitación por ejemplo), no se miden en candelas sino en lumen [lm], como una lámpara incandescente o fluorescente común.

 

Los leds actualmente están apareciendo cada vez en mas colores y mas formatos o encapsulados físicos, esto es porque se adecuan mas a las necesidades diarias, por ejemplo también tenemos la posibilidad de encontrar varios leds en un solo encapsulado, como los bicolor, tricolor y RGB, que comúnmente poseen un común que puede ser ánodo o cátodo y los pines de cada Led interno, que se pueden encender juntos o por separado, o bien variando su brillo independiente formar nuevos colores.

Por ejemplo los RGB se utilizan mucho para carteles de Led, o pantallas gigantes ya que al variarle la luminosidad a cada Led interno es posible crear distintos colores, y así poder realizar una imagen más realista. Normalmente se utilizan pulsos PWM para esta variación por su eficiencia y control.

También encontraremos leds automáticos, que parpadean solos al alimentarlos o bien que generan efectos y cambios de color (en el caso de los RGB).

Estos mismos leds de color o RGB también se encuentran en montajes superficiales de baja y alta potencia.

LED Orgánico (OLED) este tipo de leds es uno de los mas modernos hasta la fecha, el mismo es similar al convencional pero utiliza material orgánico para generar la luz, a partir de un polímetro orgánico tomado de células vivas se produce una electroluminiscencia al polarizar dicho material, el cual es de menor consumo y mayor brillo que los convencionales, hoy en DIA existen muchas tecnologías OLED pero se esta intentando dejar de lado la Orgánica para realizar una artificial a partir de la orgánica, para abaratar costos.

LED Estimulado (ELED) este tipo de Led es similar al DIODO LASER pero de menor coherencia, utilizado en punteros “láser” y otros dispositivos poco críticos en donde no se necesita una longitud de onda extremadamente estrecha.

LASER DIODE, como lo dice el nombre es un diodo de tecnología láser, el cual no funciona exactamente igual a un tubo láser convencional pero se acerca bastante, el mismo se utiliza en comunicaciones de fibra óptica, medicina, herramientas de corte, etc.…

PLC con PIC

uPLCCS son las siglas u [mu] "micro" - PLC "Controlador Lógico Programable" - CS [CCS] "Custom Computer Service". La idea de este PLC es que abre las posibilidades al lenguaje de programación, ya que no hay que limitarse a los lenguajes de objetos y lógicos de los conocidos PLC, sino que también se puede programar en C (de ahí CCS), en Basic, en Ensamblador, etc...
Esto nos proporciona una versatilidad aun mayor para lograr un programa óptimo y sencillo.
El circuito que se presenta es solo el modulo lógico de procesos, no tiene interfase de potencia como por ejemplo Relés, Triac, Transistores, etc...
El modulo cuenta con el conector paralelo para dicha expansión.
El mismo cuenta con 4 entradas digitales aisladas ópticamente 0 a 12V y 6 entradas analógicas las cuales tendrán que ser adaptadas según el sensor a conectar ya que el rango de medición para estas es de 0 a 5V.
El mismo posee la fuente integrada la cual se puede alimentar tanto en continua como alterna ya que cuenta con su puente de diodos que sirve aparte para no cometer errores en polaridad, es decir, se puede polarizar de cualquier forma.
Y algo importante es el método de programación, si bien es un micro de la firma Microchip, como sabemos se lo puede sacar del zócalo para montarlo en un programador o bien en este caso se integrado en la placa un conector ICSP (In-Circuit Serial Programming) esto nos permite con un solo cable de 5 hilos conectarlo al programador sin tener que sacar y poner el integrado con riesgos de romper algún pin.

 

En el siguiente video se puede ver como funciona este uPLCCS con el programa que se mostrara a continuación.

El programa lo que hace es testear tres botones los cuales el primero será una parada de emergencia que pondrá a ceros las salidas digitales, y el segundo y tercer botón son fines de carrera.

Lo que se simula con este programa es el movimiento de un motor que lleva y trae un carro de un punto a otro, cuando el carro llega a su limite se activa un fin de carrera invirtiendo dos salidas digitales (como se ve en el video los dos primeros leds son los que se invierten) de esta forma el motor cambia de sentido de giro y mueve el carro hacia el otro extremo donde se encuentra el otro fin de carrera que al activarse vuelve a invertir el sentido de giro del motor, esto se repite sucesivamente. A menos que se presione la parada de emergencia la cual pondrá a ceros la salida.

#include <16f883 .h=".h">
#fuses XT,NOWDT,NOPROTECT,PUT,NOLVP,NOMCLR,INTRC
#use delay(int=4000000)
void main()
{
   output_c(0b11111111);
   delay_ms(800);
   output_c(0b00000000);
   delay_ms(800);
   while(TRUE){
      if (input(PIN_B0)==0)
         output_c(0b00000000);
      else
         if (input(PIN_B1)==0)
            output_c(0b01000000);
         else
            if (input(PIN_B2)==0)
               output_c(0b10000000);
   }            
}






Una forma muy buena de terminar este proyecto es programando este circuito o cualquier otro con un programa en LADDER, buscando por la web encontré un programa que es un compilador de LADDER para microconroladores Microchip (PIC) y Atmel (AVR), este programa es open source y pesa menos de 1MB, el mismo tiene muchísimas funciones para incluir en el programa y permite configurar el micro, por ejemplo su velocidad de clock, la asignación de pines (entradas, salidas, etc..).
Tambien funciona como simulador en tiempo real.
El programa se llama LDmicro, el mismo en su web tiene los binaros de descarga en multiples idiomas y tutoriales muy completos de como configurarlo y compilar.
Descarga la version en español aqui: http://cq.cx/dl/ldmicro-es.exe
Tutorial en ingles: http://cq.cx/ladder-tutorial.pl

Captura de pantalla del mismo programa anterior pero realizado en LADDER: