Caso práctico: Sistema de alarma con enclavamiento

Nivel: Básico. Construye un circuito de relé con autoenclavamiento para mantener un estado de alarma tras un disparo momentáneo.

Objetivo y caso de uso

Construirás un circuito de «memoria» básico utilizando un relé electromecánico, a menudo llamado circuito de enclavamiento o retención. Una pulsación momentánea de un botón de disparo activará una alarma (LED), que permanecerá activa incluso después de soltar el botón, hasta que se presione un botón de reinicio separado.

Sistemas de seguridad: Utilizado en alarmas antirrobo simples donde un sensor activado mantiene la sirena encendida hasta que un usuario la reinicia.
Seguridad industrial: Comúnmente utilizado en estaciones de control de motores «Marcha/Paro» (Start/Stop).
Indicadores de fallos: Captura señales de error transitorias para que los operadores puedan ver que ocurrió un fallo incluso si la condición desaparece.

Resultado esperado:
* Estado inicial: LED apagado (OFF).
* Acción 1: Presionar momentáneamente el botón «Trigger» (Disparo) → El LED se enciende (ON) y el relé hace clic.
* Acción 2: Soltar el botón «Trigger» → El LED permanece encendido (Enclavado).
* Acción 3: Presionar el botón «Reset» (Reinicio) → El LED se apaga y el relé se libera.

Público objetivo: Principiantes familiarizados con circuitos básicos y el funcionamiento de relés.

Materiales

V1: Fuente de alimentación de 12 V DC, función: Fuente de alimentación principal
K1: Relé SPDT (Bobina de 12 V), función: Interruptor electromecánico y elemento de memoria
S1: Pulsador (Normalmente Abierto – NO), función: Señal de disparo
S2: Pulsador (Normalmente Cerrado – NC), función: Señal de reinicio
R1: Resistencia de 1 kΩ, función: Limitación de corriente para el LED
D1: LED rojo, función: Indicador visual de alarma
D2: Diodo 1N4007, función: Protección flyback para la bobina

Guía de conexionado

Conecta los componentes utilizando las siguientes definiciones de nodos: VCC (12 V), 0 (Tierra), feed_line, latch_node.

V1 (Fuente DC): Conecta el Positivo a VCC y el Negativo a 0.
S2 (Botón de Reinicio – NC): Conecta entre VCC y feed_line.
S1 (Botón de Disparo – NO): Conecta entre feed_line y latch_node.
K1 (Bobina del Relé): Conecta un lado a latch_node y el otro lado a 0.
K1 (Contacto Común del Relé – COM): Conecta a feed_line.
K1 (Contacto Normalmente Abierto del Relé – NO): Conecta a latch_node.
D2 (Diodo de Protección): Conecta el Cátodo (franja) a latch_node y el Ánodo a 0.
R1 (Resistencia): Conecta entre latch_node y el nodo led_anode.
D1 (LED): Conecta el Ánodo a led_anode y el Cátodo a 0.

Nota: S2 permite que la corriente fluya hacia el circuito. S1 energiza inicialmente la bobina. Una vez que K1 se energiza, la conexión interna COM-NO puentea a S1, manteniendo la bobina alimentada desde la feed_line.

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — Relay Latching Circuit — Lectura rápida: entradas → bloque principal → salida (actuador o medida). Resume el esquemático ASCII de la siguiente sección.

Esquemático

Title: Practical case: Latching Alarm System

      (Main Power)
        VCC 12 V
           |
           V
  [ S2: Reset (NC) ]
           |
      (feed_line)
           |
           |    (Path A: Manual Trigger)
+--> [ S1: Trigger (NO) ] ------------------+
           |                                           |
           |                                           V
           |                                     (latch_node)
           |                                           |
           |    (Path B: Self-Latching)                +----------> [ R1: 1k ] --> [ D1: LED ] --> GND
+--> [ K1: Contact (NO) ] ------------------+           (Visual Alarm)
                         ^                             |
                         |                             |
                         |                             +----------> [ K1: Coil || D2(Rev) ] --> GND
                         |                                         (Relay Magnet & Protection)
                         |                                                  |
                         +----------------(Magnetic Link)-------------------+

Esquema Eléctrico

Mediciones y pruebas

Sigue estos pasos para validar el comportamiento de enclavamiento:

Comprobación de continuidad de la bobina: Antes de aplicar energía, usa un multímetro en modo Ohmios para medir los pines de la bobina del relé. Deberías leer un valor de resistencia (típicamente 100 Ω a 400 Ω dependiendo del relé).
Comprobación en reposo: Enciende el circuito. Mide el voltaje entre latch_node y 0. Debería ser 0 V. El LED debería estar apagado (OFF).
Prueba de disparo: Mantén presionado S1. Mide el voltaje en latch_node. Debería subir a aprox. 12 V. El LED debería encenderse (ON).
Prueba de enclavamiento: Suelta S1. El voltaje en latch_node debe permanecer en 12 V, y el LED debe seguir encendido (ON). Escucha el relé; no debería hacer clic de apagado.
Prueba de reinicio: Presiona S2 (Reset). El voltaje en latch_node debería caer a 0 V instantáneamente. El LED se apaga (OFF). Suelta S2; el LED permanece apagado.

Netlist SPICE y simulación

Netlist SPICE de referencia (ngspice) — extractoNetlist SPICE completo (ngspice)

* Latching Alarm System
.width out=256
* Based on Practical Breadboard Case

* ==========================================
* Power Supply
* ==========================================
* V1: 12V Main Supply
V1 VCC 0 DC 12

* ==========================================
* Control Inputs (User Stimuli)
* ==========================================
* S1 (Trigger Button - NO): 
* Simulating a press (Close) at 10ms for 5ms duration.
* Pulse: 0V (Open) -> 5V (Closed) -> 0V (Open)
V_S1_ctrl ctrl_s1 0 PULSE(0 5 10m 100u 100u 5m 100m)

* S2 (Reset Button - NC):
* Simulating a press (Open) at 40ms for 5ms duration.
* ... (truncated in public view) ...

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* Latching Alarm System
.width out=256
* Based on Practical Breadboard Case

* ==========================================
* Power Supply
* ==========================================
* V1: 12V Main Supply
V1 VCC 0 DC 12

* ==========================================
* Control Inputs (User Stimuli)
* ==========================================
* S1 (Trigger Button - NO): 
* Simulating a press (Close) at 10ms for 5ms duration.
* Pulse: 0V (Open) -> 5V (Closed) -> 0V (Open)
V_S1_ctrl ctrl_s1 0 PULSE(0 5 10m 100u 100u 5m 100m)

* S2 (Reset Button - NC):
* Simulating a press (Open) at 40ms for 5ms duration.
* Pulse: 5V (Closed/Idle) -> 0V (Open/Pressed) -> 5V (Closed/Idle)
* Note: This voltage represents the connectivity state (High = Conducting).
V_S2_ctrl ctrl_s2 0 PULSE(5 0 40m 100u 100u 5m 100m)

* ==========================================
* Circuit Components
* ==========================================

* S2: Reset Switch (NC)
* Connects VCC to feed_line.
* Controlled by ctrl_s2 (Active High logic for NC behavior).
S2 VCC feed_line ctrl_s2 0 SW_IDEAL

* S1: Trigger Switch (NO)
* Connects feed_line to latch_node.
* Controlled by ctrl_s1 (Active High logic for NO behavior).
S1 feed_line latch_node ctrl_s1 0 SW_IDEAL

* K1: Relay Implementation
* 1. Coil: Modeled as Inductance + Series Resistance
*    Connects latch_node to Ground (0).
*    100 Ohm resistance is typical for a 12V relay coil.
R_coil latch_node k1_internal 100
L_coil k1_internal 0 10m

* 2. Relay Contact (Switch):
*    Connects feed_line (COM) to latch_node (NO).
*    Controlled by the voltage across the coil (latch_node).
*    Threshold set to 6V (Pull-in) with hysteresis.
S_relay feed_line latch_node latch_node 0 SW_RELAY

* D2: Flyback Protection Diode
* Cathode to latch_node, Anode to 0.
D2 0 latch_node 1N4007

* Alarm Indicator (LED + Resistor)
* R1: Current limiting
R1 latch_node led_anode 1k
* D1: Red LED
D1 led_anode 0 LED_RED

* Floating Node Prevention
* High impedance pull-down for feed_line when S2 opens
R_float feed_line 0 100Meg

* ==========================================
* Models
* ==========================================
* Ideal switch for buttons (Vt=2.5V logic threshold)
.model SW_IDEAL SW(Vt=2.5 Ron=0.01 Roff=100Meg)

* Relay switch model (Picks up at 6V, drops out at 4V)
.model SW_RELAY SW(Vt=6 Vh=2 Ron=0.01 Roff=100Meg)

* 1N4007 Diode Model
.model 1N4007 D(Is=7n Rs=0.04 N=1.5 Cjo=20p BV=1000 IBV=5u)

* Generic Red LED Model
.model LED_RED D(Is=1a N=4 Rs=4)

* ==========================================
* Simulation Directives
* ==========================================
* Transient analysis: 100us step, 60ms total time
* Covers Trigger (10ms) and Reset (40ms) events
.tran 100u 60m

* Output variables
* V(latch_node) is the ALARM STATE (Output)
* V(feed_line) shows power delivery
.print tran V(latch_node) V(feed_line) V(ctrl_s1) V(ctrl_s2) I(L_COIL)

.op
.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Análisis: The simulation accurately demonstrates the latching logic. At 10ms, the trigger pulse (S1) energizes the coil, causing ‘latch_node’ to rise to ~12V. The circuit successfully latches, maintaining 12V output after S1 opens. At 40ms, the reset pulse (S2) cuts power, dropping ‘latch_node’ to ~0V, where it remains even after S2 closes again.

Show raw data table (2796 rows)

Index   time            v(latch_node)   v(feed_line)    v(ctrl_s1)      v(ctrl_s2)      l_coil#branch
0	0.000000e+00	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
1	1.000000e-06	2.399953e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
2	2.000000e-06	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
3	4.000000e-06	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
4	8.000000e-06	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
5	1.600000e-05	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
6	3.200000e-05	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
7	6.400000e-05	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
8	1.280000e-04	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
9	2.280000e-04	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
10	3.280000e-04	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
11	4.280000e-04	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
12	5.280000e-04	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
13	6.280000e-04	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
14	7.280000e-04	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
15	8.280000e-04	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
16	9.280000e-04	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
17	1.028000e-03	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
18	1.128000e-03	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
19	1.228000e-03	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
20	1.328000e-03	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
21	1.428000e-03	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
22	1.528000e-03	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
23	1.628000e-03	2.399952e-05	1.200000e+01	0.000000e+00	5.000000e+00	2.399952e-07
... (2772 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

Usar un botón Normalmente Abierto para Reinicio: Si S2 es NO en lugar de NC, el circuito nunca recibirá energía para arrancar. Asegúrate de que S2 conduzca corriente por defecto.
Conectar el enclavamiento al contacto NC: Si conectas el latch_node al pin NC del relé en lugar del NO, el relé se encenderá inmediatamente al conectar la alimentación y oscilará o zumbará (efecto timbre). Usa siempre el pin NO para el autoenclavamiento.
El LED se quema inmediatamente: Olvidar R1 permite una corriente excesiva a través del LED. Verifica siempre el valor de la resistencia antes de encender.

Solución de problemas

Síntoma: El LED se enciende cuando se presiona S1 pero se apaga inmediatamente al soltarlo.
- Causa: La ruta de enclavamiento está rota.
- Solución: Comprueba la conexión entre K1 (COM), K1 (NO) y el latch_node. Asegúrate de que los contactos del relé estén en paralelo con S1.
Síntoma: El relé zumba ruidosamente o vibra (chatter).
- Causa: El voltaje de la fuente de alimentación es demasiado bajo o inestable.
- Solución: Asegúrate de que V1 proporcione 12 V estables y pueda suministrar suficiente corriente para la bobina.
Síntoma: El circuito no se puede reiniciar.
- Causa: S2 está puenteado o defectuoso (en cortocircuito).
- Solución: Comprueba S2 con un multímetro; debe interrumpir la conexión (Abrirse) al ser presionado.

Posibles mejoras y extensiones

Alarma sonora: Conecta un zumbador activo de 12 V en paralelo con el LED (entre latch_node y 0) para añadir sonido a la alarma.
Control de alta potencia: Usa un relé DPDT. Utiliza el primer conjunto de contactos para el enclavamiento lógico de 12 V (como se describe arriba) y el segundo conjunto de contactos para conmutar una carga de alto voltaje completamente separada, como una lámpara de 120 V/230 V.

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

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