Caso práctico: Sistema de aviso de puerta abierta de coche

Prototipo de Sistema de aviso de puerta abierta de coche (Maker Style)

Nivel: Básico – Implementar un circuito lógico que active un indicador cuando cualquier puerta quede entreabierta.

Objetivo y caso de uso

En esta sesión, construirás un circuito de monitorización digital utilizando una puerta OR 74HC32 para detectar si alguna puerta del vehículo no está completamente cerrada. El circuito utiliza interruptores «Normalmente Cerrados» (NC) para simular la mecánica de la puerta, asegurando que la alarma se active (el LED se ENCIENDA) cuando se abre una puerta.

  • Por qué es útil:

    • Seguridad automotriz: Alerta a los conductores si una puerta no está asegurada antes de conducir, previniendo accidentes.
    • Sistemas de seguridad: Monitoriza múltiples puntos de entrada (ventanas/puertas) y activa una alarma central si se vulnera alguno.
    • Cerramientos industriales: Asegura que las protecciones de seguridad en maquinaria peligrosa estén cerradas antes de permitir el funcionamiento.
    • Control de acceso: Agregación lógica simple para múltiples sensores.

  • Resultado esperado:

    • Ambas puertas cerradas: Las entradas son Lógica 0 (0 V); el LED está APAGADO.
    • Puerta A abierta: La entrada A pasa a Lógica 1 (5 V); el LED se ENCIENDE.
    • Puerta B abierta: La entrada B pasa a Lógica 1 (5 V); el LED se ENCIENDE.
    • Ambas abiertas: Ambas entradas en Lógica 1; el LED permanece ENCENDIDO.

  • Público objetivo: Estudiantes de electrónica básica y aficionados a la automoción.

Materiales

  • V1: fuente de alimentación de 5 V CC, función: alimentación principal del circuito.
  • S1: Pulsador NC (Normalmente Cerrado), función: sensor de Puerta A (Liberado = Puerta Abierta).
  • S2: Pulsador NC (Normalmente Cerrado), función: sensor de Puerta B (Liberado = Puerta Abierta).
  • R1: resistencia de 10 kΩ, función: pull-down para la Entrada A.
  • R2: resistencia de 10 kΩ, función: pull-down para la Entrada B.
  • U1: 74HC32, función: CI de cuádruple puerta OR de 2 entradas.
  • R3: resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente del LED.
  • D1: LED rojo, función: indicador de advertencia de puerta abierta.
  • C1: condensador de 100 nF, función: desacoplo para la alimentación de U1.

Pin-out del CI utilizado

Chip seleccionado: 74HC32 (Cuádruple puerta OR de 2 entradas)

Pin Nombre Función lógica Conexión en este caso
1 1A Entrada A Conectado al nodo DOOR_A
2 1B Entrada B Conectado al nodo DOOR_B
3 1Y Salida Conectado al nodo V_ALARM
7 GND Tierra Conectado al nodo 0
14 VCC Alimentación Conectado al nodo VCC

Guía de conexionado

Sigue estas conexiones para crear la netlist lógica compatible con SPICE:

  • Fuente de alimentación

    • V1 se conecta entre el nodo VCC y el nodo 0 (GND).
    • C1 se conecta entre el nodo VCC y el nodo 0 (cerca del CI).

  • Etapa de entrada (Sensores de puerta)

    • S1 se conecta entre el nodo VCC y el nodo DOOR_A.
    • R1 se conecta entre el nodo DOOR_A y el nodo 0. (Asegura Lógica 0 cuando la puerta está cerrada/interruptor presionado).
    • S2 se conecta entre el nodo VCC y el nodo DOOR_B.
    • R2 se conecta entre el nodo DOOR_B y el nodo 0.

  • Procesamiento lógico (74HC32)

    • U1 Pin 14 se conecta a VCC.
    • U1 Pin 7 se conecta a 0.
    • U1 Pin 1 (Entrada 1A) se conecta al nodo DOOR_A.
    • U1 Pin 2 (Entrada 1B) se conecta al nodo DOOR_B.
    • U1 Pin 3 (Salida 1Y) se conecta al nodo V_ALARM.

  • Etapa de salida (Indicador)

    • R3 se conecta entre el nodo V_ALARM y el nodo LED_ANODE.
    • El ánodo de D1 se conecta a LED_ANODE.
    • El cátodo de D1 se conecta al nodo 0.

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — 74HC32 OR gate

Esquemático

[ INPUT STAGE ]                      [ LOGIC STAGE ]                  [ OUTPUT STAGE ]

(VCC 5V)
   |
[ S1: Door A Switch (NC) ]
   |
            +---> [ Node: DOOR_A ] --(Pin 1)---->+------------------+
   |                                    |                  |
[ R1: 10k Pull-Down ] -> GND            |    U1: 74HC32    |
                                        |    (OR Gate)     |
                                        |                  |--(Pin 3)---> [ R3: 330 Ohm ]
                                        |    Logic:        |                   |
(VCC 5V)                                |    A + B = Y     |                   v
   |                                    |                  |             [ D1: Red LED ]
[ S2: Door B Switch (NC) ]              |                  |                   |
   |                                    |                  |                  GND
                    +---> [ Node: DOOR_B ] --(Pin 2)---->+------------------+
   |                                            ^
[ R2: 10k Pull-Down ] -> GND                    |
                                          [ C1: 100nF ]
                                          (Decoupling)
Esquema Eléctrico

Tabla de verdad

El 74HC32 se comporta según la lógica OR estándar. En este escenario:
* Lógica 0 = 0 V (Puerta cerrada / Interruptor presionado).
* Lógica 1 = 5 V (Puerta abierta / Interruptor liberado).

Puerta A (Entrada 1) Puerta B (Entrada 2) Salida (LED) Descripción del estado
0 (Cerrada) 0 (Cerrada) 0 (APAGADO) Seguro
0 (Cerrada) 1 (Abierta) 1 (ENCENDIDO) Advertencia
1 (Abierta) 0 (Cerrada) 1 (ENCENDIDO) Advertencia
1 (Abierta) 1 (Abierta) 1 (ENCENDIDO) Advertencia

Mediciones y pruebas

  1. Verificación de alimentación: Mide el voltaje entre VCC y 0. Debe ser estable a 5 V.
  2. Estado por defecto (Seguro): Mantén presionados S1 y S2 (simulando puertas cerradas). Mide el voltaje en DOOR_A y DOOR_B. Ambos deben ser ~0 V. El LED debe estar APAGADO.
  3. Prueba de Puerta A: Suelta S1 mientras mantienes S2. El voltaje en DOOR_A debe saltar a ~5 V. El voltaje en V_ALARM debe pasar a Alto (~5 V), y el LED debe encenderse.
  4. Prueba de Puerta B: Suelta S2 mientras mantienes S1. El voltaje en DOOR_B debe saltar a ~5 V. El LED debe encenderse.
  5. Verificación del umbral lógico: Si usas una fuente variable, verifica que el 74HC32 registre una señal «Alta» una vez que el voltaje de entrada cruce aproximadamente 3.5 V (para VCC de 5 V).

Netlist SPICE y simulación

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

* Car Door Open Warning System
* Practical case implementation for ngspice

* --- Component Models ---
* Generic Red LED Model
.model DLED D(IS=10n N=2 RS=10 CJO=20p)
* Voltage Controlled Switch Model
* Vt=2.5V: Threshold voltage
* Ron=0.1: Resistance when ON (Closed)
* Roff=100Meg: Resistance when OFF (Open)
.model MYSW SW(Vt=2.5 Ron=0.1 Roff=100Meg)

* --- Power Supply ---
V1 VCC 0 DC 5

* --- Decoupling ---
C1 VCC 0 100n

* --- Input Stage: Door Sensors ---
* Logic: 
* S1/S2 are NC (Normally Closed) Pushbuttons.
* Function: Released = Door Open. Pressed = Door Closed.
* Wiring: S1 connects VCC to DOOR_A. R1 pulls DOOR_A to GND.
* Simulation Logic:
* We use Voltage Controlled Switches (S1, S2) to simulate the physical contacts.
* Control Pulses (V_ACT_A, V_ACT_B) simulate the "Door Open" state.
* High Pulse = Door Open = Switch Released (Closed contacts) -> VCC connected.
* Low Pulse = Door Closed = Switch Pressed (Open contacts) -> Pulled to 0V.

* Door A
* ... (truncated in public view) ...

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* Car Door Open Warning System
* Practical case implementation for ngspice

* --- Component Models ---
* Generic Red LED Model
.model DLED D(IS=10n N=2 RS=10 CJO=20p)
* Voltage Controlled Switch Model
* Vt=2.5V: Threshold voltage
* Ron=0.1: Resistance when ON (Closed)
* Roff=100Meg: Resistance when OFF (Open)
.model MYSW SW(Vt=2.5 Ron=0.1 Roff=100Meg)

* --- Power Supply ---
V1 VCC 0 DC 5

* --- Decoupling ---
C1 VCC 0 100n

* --- Input Stage: Door Sensors ---
* Logic: 
* S1/S2 are NC (Normally Closed) Pushbuttons.
* Function: Released = Door Open. Pressed = Door Closed.
* Wiring: S1 connects VCC to DOOR_A. R1 pulls DOOR_A to GND.
* Simulation Logic:
* We use Voltage Controlled Switches (S1, S2) to simulate the physical contacts.
* Control Pulses (V_ACT_A, V_ACT_B) simulate the "Door Open" state.
* High Pulse = Door Open = Switch Released (Closed contacts) -> VCC connected.
* Low Pulse = Door Closed = Switch Pressed (Open contacts) -> Pulled to 0V.

* Door A
S1 VCC DOOR_A CTRL_A 0 MYSW
R1 DOOR_A 0 10k

* Door B
S2 VCC DOOR_B CTRL_B 0 MYSW
R2 DOOR_B 0 10k

* --- Control Signals (User Stimuli) ---
* Timing Sequence:
* 0us - 100us: Both Doors Closed (Low)
* 100us - 200us: Door A Open (High)
* 200us - 300us: Both Doors Open (High)
* 300us - 400us: Door B Open (High)
* 400us - 600us: Both Doors Closed (Low)
V_ACT_A CTRL_A 0 PULSE(0 5 100u 1u 1u 200u 1000u)
V_ACT_B CTRL_B 0 PULSE(0 5 200u 1u 1u 200u 1000u)

* --- Logic Processing: U1 (74HC32) ---
* Quad 2-input OR gate
* Connections per wiring guide:
* Pin 1 (A) -> DOOR_A
* Pin 2 (B) -> DOOR_B
* Pin 3 (Y) -> V_ALARM
* Pin 7 (GND) -> 0
* Pin 14 (VCC) -> VCC
XU1 DOOR_A DOOR_B V_ALARM 0 VCC 74HC32

* --- Output Stage: Indicator ---
R3 V_ALARM LED_ANODE 330
D1 LED_ANODE 0 DLED

* --- Subcircuits ---
.subckt 74HC32 InA InB OutY GND VCC
* Behavioral OR Gate implementation
* Uses tanh for continuous, robust switching
* Logic: Out = VCC if (A > 2.5) OR (B > 2.5)
* Formula: Vout = VCC * ( 1 - (NOT A * NOT B) )
* NOT A is approximated by 0.5 * (1 - tanh(10*(V(InA)-2.5)))
B1 OutY GND V = V(VCC) * (1 - ( (0.5*(1-tanh(10*(V(InA)-2.5)))) * (0.5*(1-tanh(10*(V(InB)-2.5)))) ))
.ends

* --- Analysis Directives ---
.tran 1u 600u
.print tran V(DOOR_A) V(DOOR_B) V(V_ALARM) V(LED_ANODE)
.op

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (1382 rows) 
Index   time            v(door_a)       v(door_b)       v(v_alarm)
0	0.000000e+00	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
1	1.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
2	2.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
3	4.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
4	8.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
5	1.600000e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
6	3.200000e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
7	6.400000e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
8	1.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
9	2.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
10	3.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
11	4.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
12	5.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
13	6.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
14	7.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
15	8.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
16	9.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
17	1.028000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
18	1.128000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
19	1.228000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
20	1.328000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
21	1.428000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
22	1.528000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
23	1.628000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
... (1358 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Dejar entradas flotantes: No instalar R1 o R2 hará que las entradas «floten» cuando el interruptor esté abierto (presionado). Esto lleva a un comportamiento errático del LED. Usa siempre resistencias pull-down con esta configuración de interruptor.
  2. Confundir interruptores NC vs NA: Si usas interruptores NA (Normalmente Abiertos) con este cableado específico, la lógica se invierte (LED ENCENDIDO cuando las puertas están cerradas). Asegúrate de entender el estado mecánico del interruptor cuando la puerta está físicamente cerrada.
  3. Falta de resistencia del LED: Conectar el LED directamente a la salida del CI (Pin 3) sin R3 dañará el LED o el chip 74HC32 debido a una corriente excesiva.

Solución de problemas

  • El LED está siempre ENCENDIDO:
    • Comprueba si S1 o S2 están cableados incorrectamente (ej. cortocircuitando VCC a la entrada constantemente).
    • Verifica que R1 y R2 estén conectadas a Tierra, no a VCC.
    • Asegúrate de que el CI sea un 74HC32 (OR) y no un 74HC00 (NAND) o similar.
  • El LED nunca se ENCIENDE:
    • Comprueba las conexiones de alimentación al Pin 14 y al Pin 7.
    • Asegúrate de que la polaridad del LED sea correcta (Ánodo a resistencia, Cátodo a GND).
    • Verifica que los interruptores realmente dejen pasar 5 V cuando se sueltan.
  • El LED es tenue:
    • El valor de R3 podría ser demasiado alto (ej. 10 kΩ en lugar de 330 Ω).
    • El voltaje de la fuente de alimentación podría estar por debajo de 3 V.

Posibles mejoras y extensiones

  1. Alarma sonora: Conecta un zumbador activo de 5 V en paralelo con el LED (controlado por un transistor si la corriente excede los 20 mA) para proporcionar retroalimentación sonora.
  2. Control de luz interior: Añade un circuito de retardo (usando un condensador y una resistencia o un temporizador 555) para que la luz permanezca encendida durante 10 segundos después de cerrar las puertas, simulando la luz de cortesía de un coche moderno.

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Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Qué componente principal se utiliza en este circuito para la lógica de monitorización?




Pregunta 2: ¿Qué tipo de interruptores se utilizan para simular la mecánica de las puertas?




Pregunta 3: ¿Cuál es el objetivo principal de seguridad automotriz de este circuito?




Pregunta 4: ¿Qué estado lógico tienen las entradas cuando ambas puertas están cerradas?




Pregunta 5: ¿Cómo reacciona el LED si solo la Puerta A está abierta?




Pregunta 6: ¿Qué sucede con el LED si ambas puertas (A y B) están abiertas simultáneamente?




Pregunta 7: ¿Qué función cumple la fuente V1 en este tipo de circuitos lógicos?




Pregunta 8: En el contexto de la simulación, ¿qué representa un pulsador 'Liberado' (sin presionar) si es NC?




Pregunta 9: Además de la seguridad automotriz, ¿qué otro uso se menciona para este circuito?




Pregunta 10: ¿Qué nivel de dificultad se indica para este proyecto?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

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

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