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
VCCy el Negativo a0. - S2 (Botón de Reinicio – NC): Conecta entre
VCCyfeed_line. - S1 (Botón de Disparo – NO): Conecta entre
feed_lineylatch_node. - K1 (Bobina del Relé): Conecta un lado a
latch_nodey el otro lado a0. - 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_nodey el Ánodo a0. - R1 (Resistencia): Conecta entre
latch_nodey el nodoled_anode. - D1 (LED): Conecta el Ánodo a
led_anodey el Cátodo a0.
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
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)-------------------+
Diagrama 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_nodey0. 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_nodedebe 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_nodedebería 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) ...Copia este contenido en un archivo .cir y ejecútalo con 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.
* 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
.endResultados 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_nodeal 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_nodey0) 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.
Más Casos Prácticos en Prometeo.blog
Encuentra este producto y/o libros sobre este tema en Amazon
Como afiliado de Amazon, gano con las compras que cumplan los requisitos. Si compras a través de este enlace, ayudas a mantener este proyecto.
Quiz rápido
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer
Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).
