I-C-E--20-15

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA 
MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
UNIDAD CULHUACAN 
INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y 
ELECTRÓNICA 
 
 
 
“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA CON 
ALCOHOLÍMETRO PARA IMPEDIR LA MARCHA DE UN AUTOMÓVIL 
CUANDO EL CONDUCTOR REBASE EL NIVEL PERMITIDO“ 
 
TESIS 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE 
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA 
 
 
 
 
 
PRESENTAN 
 
MARÍA AMPARO VERA CALVA 
LAURA ESTELA CORONA BALDERAS 
 
 
 
 
 
ASESORES: 
ING. CELEDONIO ENRIQUE AGUILAR MEZA 
ING. CARLOS AQUINO RUIZ 
 
MÉXICO D.F. OCTUBRE 2015 
http://www.google.com.mx/imgres?q=ipn&num=10&hl=es&safe=off&biw=1152&bih=667&tbm=isch&tbnid=e7CQt5EX7I2XnM:&imgrefurl=http://mediuam.blogspot.com/2008/02/adam-interactivo.html&imgurl=http://i195.photobucket.com/albums/z186/liebestod1918/IPN.jpg&w=279&h=448&ei=0a4-UL7jLcGzyQHO54HoDg&zoom=
http://www.google.com.mx/imgres?q=esime&hl=es&safe=off&biw=1152&bih=667&tbm=isch&tbnid=6fPKE8bS3hY6JM:&imgrefurl=http://www.clep-cedep.org/node/133&imgurl=http://www.clep-cedep.org/sites/default/files/Logo_ESIME_JPG.jpg&w=259&h=231&ei=Ea8-UIuRNOuGyQGG7YHgBg&zoom=1&iact=hc&vpx=449&vpy=188&dur=1750&hovh=184&hovw=207&tx=156&ty=111&sig=111646718495535730082&page=1&tbnh=134&tbnw=150&start=0&ndsp=18&ved=1t:429,r:2,s:0,i:13
 
 
IPN 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
UNIDAD CULHUACAN 
 
 
TESIS COLECTIVA 
 
Que como prueba escrita de su Examen Profesional para obtener el Título de INGENIERO EN 
COMUNICACIONES Y ELECTRONICA deberán desarrollar las C.C.: 
 
 
 
LAURA ESTELA CORONA BALDERAS 
MARIA AMPARO VERA CALVA 
 
 
 
“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA CON ALCOHOLÍMETRO PARA IMPEDIR LA 
MARCHA DE UN AUTOMÓVIL CUANDO EL CONDUCTOR REBASE EL NIVEL PERMITIDO” 
 
 
 
Justificación del Trabajo: 
Las pérdidas humanas y materiales provocadas por accidentes automovilísticos causados por la 
ingesta de alcohol, así como la seguridad de los conductores, transeúntes y sociedad, se decidió 
realizar la innovación de un sistema con alcoholímetro para impedir la marcha de un automóvil 
cuando el conductor rebase los niveles de alcohol permitidos y así poder disminuir un cierto 
porcentaje de accidentes en México. 
El proyecto coadyuvará en la disminución de pérdidas humanas y materiales, prevenir daños a otros 
conductores por culpa de automovilistas en un grado de alcohol que no es apto para manejar en 
tales condiciones, y disminuir los costos directos e indirectos que afectan el desarrollo del país 
causados por el consumo excesivo de alcohol. 
 
CAPITULADO: 
 
 
I.- ESTADO DEL ARTE. 
II.- MARCO TEÓRICO. 
III.- DESARROLLO. 
IV.- PRUEBAS Y RESULTADOS. 
México D. F., a 26 de Junio de 2015 
 
 
 
 
 
 
 
ING. CELEDONIO ENRIQUE AGUILAR MEZA 
PRIMER ASESOR 
 
 
 
 
 
 
ING. CARLOS AQUINO RUIZ 
SEGUNDO ASESOR 
 
 
 
 
 
 
ING. FELICIANO PRIMO ISIDRO CRUZ 
JEFE DE LA CARRERA DE I.C.E. 
 
 
 
 
 
M. EN C. HECTOR BECERRIL MENDOZA 
SUBDIRECTOR ACADEMICO 
 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
Agradezco a Dios por permitirme conservar la seguridad y confianza en él, por ponerme en 
el camino de Lourdes Balderas y Federico Corona mis padres a quienes dedico esté trabajo 
ya que me han alentado y apoyado para estar en el lugar en el que me encuentro, hoy por 
hoy les digo que ha valido la pena, todos aquellos desvelos desde que llegue a este mundo 
a la fecha, alegrías y porque no, llamadas de atención, las cuales han sido en el momento 
oportuno y es que de estos pequeños instantes he construido mi trayecto de vida. Sin ustedes 
este objetivo no estaría cumplido, saben bien que este logro es tanto mío como de ustedes, 
gracias infinitas por la oportunidad que me han dado de seguir mis ideales y mis sueños. 
La vida ha sido generosa conmigo al regalarme hermanos como ustedes Edgar Corona, 
Federico Corona, Alfredo Corona, Guadalupe y Montse con los que he vivido tantas cosas 
buenas, malas y hasta tristes. Pero esto solo hace más fuerte el lazo que nos mantiene 
unidos. Por ello a ustedes les dedico parte de este trabajo por haber estado conmigo en 
caídas y superaciones a lo largo de mi vida, han sido un ejemplo a seguir, de antemano les 
digo que son una pieza esencial en mi vida no deben olvidar que sería capaz de hacer 
cualquier cosa por ustedes, porque los amo y porque son mis motores, junto con Estefany, 
Yamilet y Caterin quienes llegaron a darnos luz cuando más lo necesitamos. 
 Angelina Meza quien partió dejándome la enseñanza de que para lograr lo que uno quiere 
hay que persistir y seguir adelante, donde quiera que te encuentres muchas gracias. 
Abuelita Pilar González por siempre estar al pendiente de nosotros, por ser el pilar de esta 
familia y velar por ella. 
Erik Cervantes por los consejos brindados, tu comprensión y apoyo incondicional a lo largo 
de estos años. 
Por último a todas las personas que confiaron en mí, y a las que no también ya que hicieron 
de mí una persona fuerte, a los maestros que han sembrado en mí una semilla de su 
conocimiento alimentando mi alma de superación, a todos aquellos amigos que han pasado 
a lo largo de mi vida en especial a María Vera por ser parte de esto y compartir momentos 
especiales al realizar esta tesis, a mi familia Corona y Balderas por darme un soporte firme 
de saber que yo podría lograr todo lo que me propusiera. 
Dedicada a todos ustedes como agradecimiento por estar conmigo incondicionalmente. 
 
LAURA ESTELA CORONA BALDERAS 
 
 
 
Dedico esta tesis a Dios por haberme dado fuerza y valor para culminar con esta etapa tan 
importante de mi vida. 
A mi mami Antonia Calva, por tomar las mejores decisiones durante mi trayecto de vida y 
que gracias a ellas me han sabido dirigir al camino correcto; por formarme con buenos 
sentimientos, hábitos y valores, cuales me han ayudado a tomar diversas decisiones para 
llegar al lugar en el que me encuentro. Sabe que es mi motor para seguir adelante y luchar 
cada día por ser una mejor persona y de la cual quiero que se sienta plenamente orgullosa. 
A mi papá Alejandro Vera, que con sus consejos y en su momento regaños, me impulsaron 
a demostrarme que cada reto presentado en la vida solo es un obstáculo pero no imposible 
de superar y que nos lleva a ser mejores cada día. 
A mis hermanos Susan y Antonio, por estar presentes en cada etapa de mi vida. Gracias por 
los momentos maravillosos que hemos vivido, los quiero mucho. 
A Christian, por ser alguien muy especial en mi vida y demostrarme que en todo momento 
cuento con él; por siempre estar a mi lado en las buenas y en las malas. Agradezco su 
compresión, paciencia y amor, dándome ánimos de fortaleza para seguir adelante. 
Al IPN y a la ESIME por haberme brindado la oportunidad de lograr un sueño y formar de mí 
una personal profesional; por brindarme a los mejores compañeros y ahora amigos: Laura, 
Miguel, Eduardo y Saulo que tuve el gusto de haberlos conocido durante el trayecto de la 
carrera, nunca olvidaré esos momentos difíciles, pero también agradables por los que 
pasamos durante nuestra formación académica. Gracias por aquellos conocimientos que en 
algún momento llegamos a compartir. 
A mis profesores que en este andar por la vida, influyeron con sus lecciones y experiencias 
en formarme como una persona de bien y preparada para los retos que pone la vida, a todos 
y cada uno de ellos les dedico este libro. 
Con todo mi amor y cariño a todos ustedes por formar parte esencial de mi vida. 
 
MARÍA AMPARO VERA CALVA
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ÍNDICE
 
 
ÍNDICE GENERAL 
 
 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................................................................................................... I 
 JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................................................................III 
 OBJETIVOS .......................................................................................................................................................... V 
 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................................. VI 
 
 CAPÍTULO I ESTADO DEL ARTE 
 
 1.1 ANTECEDENTES HISTÓRICOS .................................................................................................................... 2 
1.1.1 Las bebidas alcohólicas en las civilizaciones ..................................................................................... 2 
1.1.2 Alternativas para terminar con el consumo del alcohol ...................................................................... 3 
1.1.3 Primer prototipo de alcoholímetro ...................................................................................................... 4 
1.1.4 Segundo prototipo de alcoholímetro .................................................................................................. 5 
1.1.5 Tercer prototipo de alcoholímetro ..................................................................................................... 6 
 1.2 SITUACIÓN DEL ALCOHOLÍMETRO EN MÉXICO ...................................................................................... 7 
1.2.1 Estadísticas arrojadas del programa ‘alcoholímetro’ .......................................................................... 8 
 1.3 PROYECTOS GUBERNAMENTALES PROPUESTOS EN OTROS PAÍSES ............................................... 9 
1.3.1 Gobierno de Francia ........................................................................................................................... 9 
1.3.2 Gobierno de Bélgica ......................................................................................................................... 10 
 1.4 PROPUESTAS DE FABRICANTES DE AUTOS Y ALCOHOLÍMETROS ................................................... 10 
1.4.1 En California ..................................................................................................................................... 10 
1.4.2 Toyota ............................................................................................................................................... 11 
1.4.3 General Motors .................................................................................................................................. 11 
 
 CAPITULO II MARCO TEÓRICO 
 
 2.1 SENSORES .................................................................................................................................................. 13 
2.1.1 Sensor de Gas .................................................................................................................................. 13 
2.1.2 Sensor MQ-3 ..................................................................................................................................... 15 
 2.2 INTERFAZ ..................................................................................................................................................... 19 
 2.3 UNIDAD DE CONTROL. ............................................................................................................................... 19 
2.3.1 Microcontrolador ............................................................................................................................... 19 
2.3.2 Tipos de Arquitecturas ...................................................................................................................... 20 
2.3.3 Estructura y elementos de un microcontrolador ................................................................................ 22 
2.3.4 Tipos de Microcontroladores ............................................................................................................. 23 
2.3.5 PIC18F2550 ...................................................................................................................................... 24 
 2.4 PANTALLA DE CRISTAL LÍQUIDO .............................................................................................................. 29 
 2.5 INTERFAZ DE POTENCIA ........................................................................................................................... 33 
2.5.1 Transistores ....................................................................................................................................... 33 
2.5.2 Relevadores ...................................................................................................................................... 37 
 
 
 2.6 SISTEMA ELÉCTRICO DE ARRANQUE DEL AUTOMÓVIL ....................................................................... 41 
2.6.1 Funcionamiento ................................................................................................................................. 41 
 
 CAPITULO III DESARROLLO 
 
 3.1 ESQUEMA DEL PROYECTO ...................................................................................................................... 47 
3.1.1 Etapa de sensado ............................................................................................................................. 48 
3.1.2 Etapa de control ................................................................................................................................ 50 
3.1.3 Etapa de potencia.............................................................................................................................. 61 
3.1.4 LCD (Pantalla de cristal líquido) ........................................................................................................ 70 
3.1.5 Hardware (Diseño físico del sistema en prototipo) .......................................................................... 74 
 
 CAPITULO IV PRUEBAS Y RESULTADOS 
 
 4.1 PRUEBAS ..................................................................................................................................................... 79 
4.1.1 Etapa de control ............................................................................................................................... 80 
4.1.2 Etapa de regulación de voltaje del sistema ....................................................................................... 81 
4.1.3 Etapa de sensado.............................................................................................................................. 82 
4.1.4 Etapa de potencia (automóvil) ........................................................................................................... 83 
4.1.5 Etapa de LCD indicadora del sistema .............................................................................................. 84 
 4.2 RESULTADOS .............................................................................................................................................. 85 
4.2.1 Sistema con alcoholímetro ya estabilizado y listo para que el conductor realice la prueba ............ 85 
4.2.2 Conductor apto para conducir el automóvil y respuesta del sistema con alcoholímetro .................. 85 
4.2.3 Conductor no apto para conducir el automóvil y respuesta del sistema con alcoholímetro ............. 87 
 
 CONCLUSIONES ................................................................................................................................................ 90 
 
 ANEXOS .............................................................................................................................................................. 92 
 
APENDICE A - ÁRTICULO 31 - Reglamento de Tránsito Metropolitano .................................................. 92 
APENDICE B - Manual (Compilador – CCS C)...........................................................................................93 
APENDICE C - Datasheet (Circuito integrado programable - PIC18F2550) .............................................. 95 
APENDICE D - Datasheet (Sensor MQ-3) .................................................................................................. 97 
APENDICE E - Datasheet (Transistor TIP31) ............................................................................................ 99 
APENDICE F - Datasheet (Relevador RAS-1220M) ................................................................................ 101 
APENDICE G - Datasheet (Regulador de voltaje positivo LM7805) ........................................................ 104 
 
 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................................. 108 
 
 CIBEROGRAFÍA ................................................................................................................................................ 110 
 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
 
 CAPITULO I ESTADO DEL ARTE 
Figura 1.1 Sacerdotes y curanderos en su comunicación con los Dioses .................................................. 2 
Figura 1.2 Ley, prohíbe bebidas embriagantes ............................................................................................ 3 
Figura 1.3 Drunk-o-meter ............................................................................................................................ 4 
Figura 1.4 Alcoholímetro de Borkenstein .................................................................................................... 5 
Figura 1.5 Alcoholímetro de Tom Parry Jones ............................................................................................ 6 
 
 CAPITULO II MARCO TEÓRICO 
Figura 2.1 Muestras de partes por millón de el aliento entrando al sensor y finalmente convertida en 
 una señal eléctrica .................................................................................................................... 13 
Figura 2.2 Propiedades del Sn𝑂2 ............................................................................................................... 14 
Figura 2.3 Sn𝑂2 nanocristalino ................................................................................................................... 14 
Figura 2.4 Sensor de alcohol MQ-3 .......................................................................................................... 15 
Figura 2.5 Bobinas en el interior del Sensor MQ-3 .................................................................................... 16 
Figura 2.6 Pines del sensor MQ-3 .............................................................................................................. 16 
Figura 2.7 Microcontrolador........................................................................................................................ 19 
Figura 2.8 Arquitectura Von Newmann ...................................................................................................... 20 
Figura 2.9 Arquitectura Harvard ................................................................................................................. 21 
Figura 2.10 Puertos de entrada y salida del PIC18F2550 ......................................................................... 24 
Figura 2.11 Conexión al pin MCLR del PIC18FXXXX ............................................................................... 27 
Figura 2.12 Conexión de capacitor de desacoplo ...................................................................................... 27 
Figura 2.13 Circuito típico de conexión - PIC18F2550 .............................................................................. 29 
Figura 2.14 Pantalla de Cristal Líquido (LCD) ........................................................................................... 30 
Figura 2.15 LCD 2x16 ................................................................................................................................ 31 
Figura 2.16 Pines LCD 2x16 ...................................................................................................................... 32 
Figura 2.17 Símbolos del transistor - (a) NPN y (b) PNP ........................................................................... 34 
Figura 2.18 BJT NPN – “(a) Colector abierto y (b) Emisor abierto” ........................................................... 35 
Figura 2.19 Relevador ................................................................................................................................ 37 
Figura 2.20 Relé de tipo armadura ............................................................................................................. 38 
Figura 2.21 Relé de núcleo móvil ............................................................................................................... 39 
Figura 2.22 Relé tipo lengüeta .................................................................................................................. 39 
Figura 2.23 Relé polarizado ....................................................................................................................... 40 
Figura 2.24 Sistema de encendido y sus componentes ............................................................................ 43 
Figura 2.25 Distribuidor con un motor de seis cilindros ............................................................................. 44 
Figura 2.26 Distribuidor .............................................................................................................................. 45 
 
 
 CAPITULO III DESARROLLO 
Figura 3.1 Esquema general del sistema ................................................................................................... 47 
Figura 3.2 Etapa de sensado en simulador Proteus .................................................................................. 50 
Figura 3.3 Unidad de control del sistema (PIC18F2550) ........................................................................... 51 
Figura 3.4 Diagrama de flujo del sistema ................................................................................................... 53 
Figura 3.5 Diagrama de flujo explicado ...................................................................................................... 54 
Figura 3.6 Bloque uno del código del sistema ........................................................................................... 55 
Figura 3.7 Bloque dos del código del sistema............................................................................................ 56 
Figura 3.8 Bloque tres del código del sistema ........................................................................................... 57 
Figura 3.9 Bloque cuatro del código del sistema ....................................................................................... 59 
Figura 3.10 Bloque cinco del código del sistema ....................................................................................... 59 
Figura 3.11 Bloque seis del código del sistema ......................................................................................... 61 
Figura 3.12 Esquema de potencia en simulador Proteus ......................................................................... 62 
Figura 3.13 Etapa de potencia con estado lógico “1” ................................................................................. 69 
Figura 3.14 Etapa de potencia con estado lógico “0” ................................................................................. 69 
Figura 3.15 Sistema estabilizado ............................................................................................................... 70 
Figura 3.16 Sistema estable y listo para iniciar prueba .............................................................................71 
Figura 3.17 Sistema midiendo prueba ....................................................................................................... 71 
Figura 3.18 Sistema permite el encendido del automóvil .......................................................................... 72 
Figura 3.19 Sistema determina un nivel de alcohol el cual no es apto para manejar................................ 72 
Figura 3.20 Sistema no permite el encendido del automóvil ..................................................................... 73 
Figura 3.21 Sistema reiniciando prueba ..................................................................................................... 73 
Figura 3.22 Pistas en PCB WIZARD .......................................................................................................... 74 
Figura 3.23 Pistas en tarjeta lógica ............................................................................................................ 75 
Figura 3.24 Placa de circuito impreso en PCB Wizard .............................................................................. 76 
Figura 3.25 Placa de circuito impreso terminada con componentes electrónicos ..................................... 76 
Figura 3.26 Carcasa del sistema con alcoholímetro en Solidworks........................................................... 77 
Figura 3.27 Carcasa del sistema con alcoholímetro finalizada físicamente .............................................. 77 
 
 CAPITULO IV PRUEBAS Y RESULTADOS 
Figura 4.1 Diagrama eléctrico y electrónico final del sistema .................................................................... 79 
Figura 4.2 Diagrama eléctrico de la unidad de control en base a la simulación de Proteus y la señal 
 pulsante producida por el PIC (18F2550) ................................................................................. 80 
Figura 4.3 Diagrama del circuito eléctrico encargado de regular el voltaje del sistema ............................ 81 
Figura 4.4 Diagrama del circuito de sensado (MQ-3) ................................................................................ 82 
Figura 4.5 Diagrama del circuito de potencia y la señal generada cuando el conductor no cumple con 
 el alcohol mínimo consumido ................................................................................................... 83 
 
 
 
Figura 4.6 LCD conectado al microcontrolador e indicando que el conductor es: 
 “No apto para manejar” ............................................................................................................ 84 
Figura 4.7 Sistema con alcoholímetro, preparado para que el conductor realice la prueba ..................... 85 
Figura 4.8 Conductor soplando sobre el sensor (MQ-3) ............................................................................ 85 
Figura 4.9 Sistema con alcoholímetro, identifica que el usuario está en un rango:“Apto para conducir” .. 86 
Figura 4.10 LCD indica al usuario que es: “Apto para conducir el automóvil” ........................................... 86 
Figura 4.11 Arco eléctrico en la bujía (demostrando que el automóvil está listo para ser conducido) ...... 87 
Figura 4.12 Conductor soplando sobre el sensor (MQ-3) .......................................................................... 87 
Figura 4.13 Sistema con alcoholímetro, identifica que el usuario está en un rango: 
 “No apto para conducir” ........................................................................................................... 88 
Figura 4.14 LCD indica al usuario que es: “No apto para conducir el automóvil” ...................................... 88 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ÍNDICE DE GRÁFICAS 
 
 CAPITULO I ESTADO DEL ARTE 
 
Gráfica 1.1 Remitidos por género de programa “Conduce sin Alcohol” ...................................................... 8 
Gráfica 1.2 Accidentes por año durante la aplicación del programa “Conduce sin alcohol” ....................... 9 
 
 CAPITULO II MARCO TEÓRICO 
 
Gráfica 2.1 Típicas características de sensibilidad del sensor MQ-3 para varios gases ........................... 18 
Gráfica 2.2 Típica dependencia del sensor MQ-3 en temperatura y humedad ......................................... 18 
Gráfica 2.3 Curvas características de salida de Base Común de un BJT PNP ......................................... 36 
Gráfica 2.4 Curvas características de salida de Emisor Común en un BJT NPN ...................................... 36 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ÍNDICE DE TABLAS 
 
 CAPITULO II MARCO TEÓRICO 
 
Tabla 2.1 Características del PIC18F2550 ................................................................................................ 25 
Tabla 2.2 Distintos tipos de funcionamiento para el reloj (Oscilador) – PIC18F2550 ............................... 28 
Tabla 2.3 Descripción de pines LCD 2X16 ................................................................................................ 32 
 
 CAPITULO III DESARROLLO 
 
Tabla 3.1 Condición de trabajo estándar del sensor (MQ-3) ..................................................................... 49 
Tabla 3.2 Características de sensibilidad (MQ-3) ...................................................................................... 49 
Tabla 3.3 Muestras máximas tomadas en base al PIC18F2550 ............................................................... 56 
Tabla 3.4 Indicadora de rangos de alcohol para el control de la marcha del automóvil ............................ 58 
Tabla 3.5 Matrículas y tipo de empaquetado del TIP31 ............................................................................. 63 
Tabla 3.6 Índices de valores máximos y recomendados del TIP31 ........................................................... 63 
Tabla 3.7 Especificaciones técnicas del TIP31 .......................................................................................... 63 
Tabla 3.8 Especificaciones técnicas del Relevador RAS-1220 ................................................................. 64 
Tabla 3.9 Valores comerciales de resistores ............................................................................................. 66 
I 
 
PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA 
 
En México, el año pasado murieron alrededor de 14 mil 16 personas por accidentes de tránsito, 
según las cifras del Consejo Nacional de Prevención de Accidentes (CONAPRA), de esta cifra, al 
menos el 90 por ciento de los accidentes están relacionados con la ingesta del alcohol. Es evidente 
que el ingerir alcohol deteriora la función psicomotora al ser humano y por tanto la capacidad para 
conducir con seguridad. 
Uno de los efectos más importantes, es que el alcohol deteriora la coordinación bimanual, la cual 
requiere de un principio de disociación de la intervención de las manos, es decir la separación de su 
movilización, cuando se utiliza una mano para realizar una actividad sin que la otra tenga que 
intervenir como escribir en un pizarrón o recoger una balón, se le llama disociación simple y, cuando 
cada una realiza una actividad diferente de la otra al mismo tiempo para conseguir un objetivo como 
sostener un clavo para pegarle con un martillo o tocar la guitarra se habla de disociación doble. 
En relación con la atención es un factor decisivo, ya se trate de atención concentrada (referida a un 
solo objeto), o difusa (que se distribuye simultáneamente de forma rápida una sucesión entre 
numerosos objetos). Se altera la capacidad para juzgar la velocidad, la distancia y la situación relativa 
del vehículo, así como la capacidad para seguir una trayectoria o hacer frente a una situación 
inesperada. 
En México ocurren aproximadamente 46 muertes diarias según CONAPRApor accidentes de 
tránsito, de las cuales quince son de peatones atropellados por automovilistas alcoholizados. De 
estos accidentes, nueve de cada diez son evitables, ya que se deben a que los conductores se 
encuentran en estado de ebriedad superior a 0.08% de alcohol. Las muertes ocurridas por lo anterior, 
representan el 3.7% de la mortalidad. El departamento de seguridad vial de la Organización 
Panamericana de la Salud estima que en México, alrededor de 200 mil personas conducen bajo la 
influencia del alcohol a partir de las seis de la tarde entre los días jueves y sábado, lo que representa 
un incremento de accidentes. 
Por otro lado, especialistas del Instituto Mexicano del Seguro Social (IMSS) señalan que en fiestas 
navideñas y patrias, en promedio, la mitad de todos los accidentes automovilísticos se encuentran 
asociados a problemas con el consumo de alcohol, que es la causa de más del 40% de muertes en 
transporte terrestre. 
 
 
 
II 
 
Se han implementado varios programas para poder prevenir accidentes automovilísticos tales como: 
 La Secretaría de Seguridad Pública ha realizado aplicación del programa preventivo de 
accidentes “Toma el Control de tu Vida, Diviértete Seguro” el 13 de Septiembre del 2010. 
 Talleres Formativos: Se realizan talleres de sensibilización y concientización a cargo de 
especialistas en el tema. “Escuela de Educación Vial y la Dirección de Tránsito”, uno de ellos 
el 2 de febrero del 2013, donde se presentaron a 6 personas. 
 Programas de encuestas: Antes, durante y después de implementar los programas, se 
llevan a cabo diferentes encuestas para evaluar las características de movilidad de la 
persona, sus conocimientos técnicos, cambio de conductas, entre otros. 
Estos programas han prevenido los accidentes automovilísticos causados por la ingesta de alcohol 
en un porcentaje pequeño pero no por ello no importante, ya que esto es responsabilidad del 
conductor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
III 
 
JUSTIFICACIÓN 
 
Las pérdidas humanas y materiales provocadas por accidentes automovilísticos causados por la 
ingesta de alcohol son al menos el 90 por ciento en general. Al mencionar pérdidas humanas se 
refiere a fallecimiento de personas, de igual forma existen lesiones graves que producen costos al 
país que pueden ser directos (incluye únicamente daños materiales y estos son pagados por la 
sociedad) e indirectos (son multas, grúas, peritos, juicios, medicamentos, hospitalización, secuelas, 
gastos funerarios y estimación de la pérdida de vida). En el Diario Oficial de la Federación, Órgano 
del Gobierno Constitucional de los Estados Unidos en Septiembre del año 2008 se publicó que los 
costos directos se clasifican en: 
a) Daños materiales. 
b) Lesiones que requieren primeros auxilios que tiene como costo de $1 a $14,999 M.N. 
c) Lesiones que requieren hospitalización que trae como costo $15,000 a $49,999 M.N. 
d) Lesiones que ocasionan la muerte $50,000 M.N. o más. 
Para disminuir estos accidentes en México se ha implementado el programa alcoholímetro, desde 
el 3 de septiembre del 2003 regido por el CONAPRA. De acuerdo con el Reglamento de Tránsito 
Metropolitano Capítulo VI de la Conducción de Vehículos bajo los Efectos del Alcohol y Narcóticos 
Artículo 31.- Ninguna persona puede conducir vehículos por la vía pública, si tiene una cantidad de 
alcohol en la sangre superior a 0.8 gramos por litro o de alcohol en aire expirado superior a 0.4 
miligramos por litro o bajo el influjo de narcóticos. Los operadores de vehículos destinados al servicio 
de transporte de pasajeros, de transporte de carga o de transporte de sustancias tóxicas o 
peligrosas, no deben presentar ninguna cantidad de alcohol en la sangre o en aire expirado, o 
síntomas simples de aliento alcohólico o de estar bajo los efectos de narcóticos. El incumplimiento 
de lo dispuesto en este artículo se sancionará con arresto administrativo inconmutable de 20 a 36 
horas. 
Desde su inicio a la fecha, este programa ha contribuido a reducir en 30% el índice de accidentes 
fatales asociados con el consumo de alcohol. 
Con base a la seguridad de los pasajeros, de los transeúntes, del mismo conductor y costos que 
afectan el desarrollo al país, conlleva a realizar un proyecto que por medio de un sensor de alcohol 
se capture un voltaje y así determinar los niveles de concentración de alcohol en el aliento del 
conductor, esta diferencia de potencial será enviado a un microcontrolador que se encargará de 
convertir la señal analógica a digital y obtener una respuesta binaria ‘0’ o ‘1’. 
 
IV 
 
Por consiguiente el circuito integrado programable tiene la tarea de decidir si impide el paso de la 
corriente o bien deja pasar el flujo de electrones por el circuito, y finalmente poder abrir o cerrar el 
circuito que permitirá o no el arranque (o ignición) del automóvil, lo cual obligará a que el conductor 
no pueda encender el sistema de arranque del automóvil cuando se encuentre en condiciones no 
aptas para manejar. 
El proyecto coadyuvará en los siguientes puntos: 
 Disminución de pérdidas humanas y materiales. 
 Prevenir daños a otros conductores por culpa de automovilistas en un grado de alcohol que 
no es apto para manejar en tales condiciones. 
 Disminuir los costos directos e indirectos que afectan el desarrollo del país causados por el 
consumo excesivo de alcohol. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
V 
 
 
OBJETIVO GENERAL 
 
 Diseñar e implementar un sistema con alcoholímetro para impedir la marcha de 
un automóvil cuando el conductor rebase el nivel de alcohol permitido. 
 
 
OBJETIVOS PARTICULARES 
 
 Diseñar un circuito de interfaz que convierta la señal analógica obtenida por el 
sensor de alcohol en una señal digital. 
 
 Diseñar e implementar el programa de control que en función de la señal digital 
de los sensores permita activar o desactivar el circuito de arranque del automóvil, 
cuando el conductor rebase los niveles aceptables de alcohol. 
 
 Diseñar un circuito de interfaz de potencia que permita gobernar el circuito de 
arranque del automóvil. 
 
 Diseñar e implementar el prototipo de un circuito de arranque de automóvil para 
prueba del prototipo final. 
 
 
 
 
 
 
 
 
VI 
 
INTRODUCCIÓN 
 
La conducción de automovilistas alcoholizados en la ciudad de México es un grave problema que 
aqueja a los ciudadanos, el cual provoca pérdidas humanas y materiales, las cuales se ven reflejadas 
en el desarrollo económico del país de acuerdo a la información en el Diario oficial de la Federación. 
Hasta el momento se han implementado diferentes programas preventivos y talleres que ayudan a 
disminuir en cierto porcentaje las pérdidas humanas y materiales. El último que se ha registrado es 
el alcoholímetro, que mediante una inspección, se revisa al conductor para saber cuántos miligramos 
por litro de alcohol tiene en su aliento, si el automovilista ha rebasado el nivel de alcohol permitido, 
será sancionado con respecto a la ley que rige CONAPRA. 
Con base a la respuesta positiva de la aplicación del alcoholímetro obtenida en los últimos años, se 
propone un sistema con alcoholímetro para impedir la marcha de un automóvil cuando el conductor 
rebase el nivel permitido de alcohol, el cual podría ser de gran utilidad tanto para el automovilista, 
como para los transeúntes y otros conductores que pueden llegar a sufrir daños a causa de un 
conductor con grado de alcohol que no es apto para manejar. El sistema permitirá disminuir los 
accidentes que pudieran provocar la muerte del automovilista y otras personas implicadas en el acto. 
Para cumplir con los objetivos del sistema en esta tesis se propone el diseño, instrumentación y 
pruebas del mismo. Esta tesis está organizada en cuatro capítulos, que a continuación se describen. 
En el primer capítulo se presenta los antecedentes históricos del alcohol,así como el impacto que 
conlleva en la sociedad y la solución que se le da a este problema dando comienzo a la invención 
del alcoholímetro, mostrando así el desarrollo que va teniendo a lo largo del tiempo. 
En el segundo capítulo se habla de la definición, descripción y características de los elementos 
electrónicos que componen el sistema, además del funcionamiento y su estructura. 
En el tercer capítulo se muestra el diseño y el desarrollo por etapas del sistema con alcoholímetro, 
las cuales son: etapa de sensado, etapa de control, etapa de potencia y sistema de arranque del 
automóvil. 
En el cuarto y último capítulo se presentan las pruebas realizadas y los resultados obtenidos en el 
prototipo final. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO I 
 
ESTADO DEL 
ARTE 
 
 
 
 
 
2 
 
1.1 ANTECEDENTES HISTÓRICOS 
 
1.1.1 Las bebidas alcohólicas en las civilizaciones 
Diferentes civilizaciones nativas americanas desarrollaron bebidas alcohólicas durante la época 
precolombina. Una variedad de bebidas fermentadas de la región de los Andes en Sudamérica, se 
hacían a base de maíz, uvas o manzanas y se le dio el nombre de “chicha”. 
En el siglo XVI (1501-1600), las bebidas alcohólicas (conocidas como “espíritus”) se utilizaban 
ampliamente con propósitos curativos, descubrir el poder embriagador de estas bebidas dio al 
hombre muchas alternativas casi mágicas, pues sin morir o perder del todo sus condiciones 
naturales, era capaz de alcanzar planos fuera de lo normal, lo cual aprovechaban los sacerdotes y 
curanderos en su comunicación con los dioses (figura. 1.1), los guerreros para aumentar su 
fortaleza, los esclavos para evadirse de su realidad, los vencedores para celebrar su victoria, los 
friolentos para calentar su cuerpo y los tristes para alegrarse. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura. 1.1 Sacerdotes y curanderos en comunicación con los Dioses. 
 
 
 
3 
 
1.1.2 Alternativas para terminar con el consumo del alcohol 
 
Hacia 1650 los castigos a las personas que tenían un exceso de ingesta de alcohol era lo más común, 
y en algunos casos, los cadáveres de los que habían muerto debido a su forma de beber eran 
quemados en los cruceros. 
A principios del siglo XVIII (1701-1800), el parlamento inglés aprobó una ley que fomentaba el uso 
de cereales para la destilación de “espíritus”. Estas bebidas alcohólicas, sumamente baratas, 
inundaron el mercado y llegaron a su punto más alto a mediados del siglo XVIII (1701-1800). En el 
Reino Unido, el consumo de ginebra alcanzó los 68 millones de litros y el alcoholismo se generalizó. 
El siglo XIX (1801–1900) trajo un cambio de actitud y una campaña antialcohólica, empezó a 
promover el uso moderado del alcohol, algo que a la larga se convirtió en una prohibición total. Las 
crónicas de la época narran que el primer automóvil de combustible que llegó a México, un Delaunay 
Belleville hecho a mano, procedente de Tolón, Francia, fue introducido a fines de siglo XX (1901 a 
2000) por Don Andrés Sierra. Junto con esto y el alcohol que ya se ingería mezclándolos, daban 
como resultado choques de los autos pero en este entonces no era preocupante, ya que solamente 
personas con alto poder o de una posición social alta podían adquirir automóviles. 
En 1920, en Estados Unidos se aprobó una ley que prohibía la fabricación, venta, importación y 
exportación de bebidas embriagantes (figura 1.2). El comercio ilegal de alcohol se disparó y en 1933, 
la prohibición del alcohol se canceló. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura. 1.2 Ley, prohíbe bebidas embriagantes. 
 
 
4 
 
 
1.1.3 Primer prototipo de alcoholímetro 
 
En el año1938 el Profesor de la Universidad de Indiana Rolla Harger inventó el drunk-o-meter 
(figura 1.3), la primera respiración stable-testing “instrumento para medir los niveles de alcohol”. La 
invención se produjo en un momento en que el alcohol era un problema político importante. Esto fue 
justo al final de la época de la prohibición, cuando la fabricación, venta y transporte de alcohol fueron 
prohibidos en los EE.UU. 
 
Para utilizar el drunk-o-meter, la persona que está siendo probado infla un globo y el aire en el globo 
era lanzado a continuación en una solución química. Si no había alcohol en el aliento, la solución 
química no cambiaba de color. Cuanto mayor era el cambio de color, significaba que había más 
alcohol en el aliento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura. 1.3 Drunk-o-meter. 
 
 
 
 
 
5 
 
 
1.1.4 Segundo prototipo de alcoholímetro 
 
Sin embargo, la invención del Dr. Harger fue superado por otro alumno. En 1954, Robert 
Borkenstein, presidente del departamento de la Universidad de Indiana de la policía de la 
administración, inventó una herramienta más portátil llamado el alcoholímetro (figura 1.4). 
 
Borkenstein dijo, “Como profesor podría decir, el alcohol se produce casi copiosamente y ha sido 
reconocido como un producto tóxico durante miles de años”. El citado dispositivo transforma en 
corriente eléctrica la fórmula química que cada sujeto provoca al espirar a través de un tubo 
conectado a una máquina que calcula los grados de alcohol en la sangre. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura. 1.4 Alcoholímetro de Borkenstein. 
 
 
 
 
 
 
6 
 
1.1.5 Tercer prototipo de alcoholímetro 
 
En 1972 Tom Parry Jones, originario de la pequeña localidad de Menai Bridge al norte de Gales, 
empezó a examinar la posibilidad de desarrollar un sensor de alcohol de pilas a base de combustible 
como un instrumento de detección más fiable (figura 1.5). 
 
El portátil “Alcolmeter”, dispositivo electrónico del tamaño de un paquete de cigarrillos, transformó el 
proceso de detección de alcohol, proporcionando a la policía una prueba más fiable, eliminando la 
necesidad de un análisis de sangre o de orina. Sin embargo, tomó un poco de tiempo hacerlo popular, 
y Jones menciono en una entrevista que "inventar el dispositivo había sido la parte fácil, pero 
producirlo, desarrollarlo y venderlo era el reto". La aportación más importante del inventor galés 
fue el uso de células electroquímicas, por el que se perfeccionó la detección de alcohol y convirtió la 
prueba en más exacta. 
 
En 1979 el dispositivo de Parry Jones fue aprobado para el uso de la policía en Gran Bretaña, y al 
año siguiente ganó el premio “León de Laboratorios”, premio otorgado por la Reina debido al gran 
logro tecnológico, y el producto se comercializó en todo el mundo en 1980. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura. 1.5 Alcoholímetro de Tom Parry Jones. 
 
 
 
 
7 
 
1.2 SITUACIÓN DEL ALCOHOLÍMETRO EN MÉXICO 
 
El Licenciado Marcelo Ebrard Casaubón, Secretario de Seguridad Pública del Distrito Federal dijo 
que de acuerdo con las estadísticas de mortandad en el Distrito Federal, el cuarenta y siete por 
ciento de los fallecimientos que se registraron en el 2002 con motivo de accidentes de tránsito, 
estuvieron relacionados con conductores de vehículos en estado de ebriedad, cuyo proceder 
irresponsable en la generalidad de los casos ha tenido consecuencias desfavorables para terceros. 
 
El Gobierno del Distrito Federal a través de la Secretaría de Seguridad Pública (SSP) y en pleno 
ejercicio de sus atribuciones y facultades, ha considerado oportuno establecer un programa de 
control y prevención de ingestión de alcohol, aplicable de manera aleatoria a conductores de 
vehículos en todas sus modalidades que circulan en esta Ciudad, con el fin de salvaguardar la 
integridad física de las personas y de sus bienes, preservar el orden público y la vialidad en la capital 
del país. Por lo anterior expide lo siguiente: 
Con respecto al REGLAMENTO DE TRÁNSITO METROPOLITANO CAPÍTULO VI DE LA 
CONDUCCIÓN DE VEHÍCULOS BAJO LOS EFECTOS DEL ALCOHOL Y NARCÓTICOS 
Artículo 31.- Ninguna persona puede conducir vehículos por la vía pública, si tiene una cantidad de 
alcohol en la sangresuperior a 0.8 gramos por litro o de alcohol en aire expirado superior a 0.4 
miligramos por litro o bajo el influjo de narcóticos. Los operadores de vehículos destinados al servicio 
de transporte de pasajeros, de transporte de carga o de transporte de sustancias tóxicas o 
peligrosas, no deben presentar ninguna cantidad de alcohol en la sangre o en aire expirado, o 
síntomas simples de aliento alcohólico o de estar bajo los efectos de narcóticos. El incumplimiento 
de lo dispuesto en este artículo se sancionará con arresto administrativo inconmutable de 20 a 36 
horas. 
Artículo 33.- Cuando los agentes cuenten con dispositivos oficiales de detección de alcohol o de 
narcóticos, se procederá como sigue: 
I. Los conductores se someterán a las pruebas para la detección del grado de intoxicación 
que establezca Seguridad Pública; 
II. El agente entregará un ejemplar del comprobante de los resultados de la prueba al 
conductor, inmediato a su realización; y 
III. En caso de que el conductor sobrepase el límite permitido de alcohol en la sangre será 
remitido al Juzgado Cívico, 
 
 
8 
 
IV. El agente entregará un ejemplar del comprobante de los resultados de la prueba al Juez 
Cívico ante el cual sea presentado, documento que constituirá prueba fehaciente de la 
cantidad de alcohol o narcóticos encontrados y servirá de base para el dictamen del Médico 
Legista que determine el tiempo probable de recuperación, asimismo, se dará aviso 
inmediato a la Secretaría, para que proceda a la cancelación de la licencia de conducir en 
los términos de la Ley. 
Cuando el conductor sobrepase la cantidad de alcohol permitida, el vehículo será remitido al 
depósito vehicular, salvo que cuente con alguna persona que conduzca el vehículo en los 
términos de la Ley y el presente Reglamento. 
 
1.2.1 Estadísticas arrojadas del programa ‘alcoholímetro’ 
 
En el 2003 nace el Programa “Conduce sin Alcohol” popularmente conocido como “Alcoholímetro” 
con la finalidad de prevenir accidentes de tránsito debidos a la ingesta inmoderada de alcohol. Así 
mismo, busca disminuir el índice de accidentes viales relacionados con el consumo de éste. 
El programa se lleva de manera permanente, aleatoria e itinerante en las vialidades del Distrito 
Federal, así como en los Centros de Transferencia Modal del servicio de transporte público de 
pasajeros y en puntos carreteros. Las edades de los remitidos van en la mayoría de los casos de 
los 20 a los 34 años (gráfica 1.1). 
 
 
Gráfica 1.1 Remitidos por género de programa “Conduce sin Alcohol”. 
 
 
9 
 
Desde su inicio y al 2012, este programa ha contribuido a reducir en 30% el índice de accidentes 
fatales (gráfica 1.2). Asociados con el consumo de alcohol son principalmente jóvenes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.3 PROYECTOS GUBERNAMENTALES PROPUESTOS EN OTROS PAÍSES 
 
1.3.1 Gobierno de Francia 
 
El Gobierno de Nicolás Sarkozy en el año 2011 decidió que todo aquel que no llevase consigo un 
alcoholímetro en el interior del vehículo sería sancionado con un importe económico de 11 euros. 
Para evitar la sanción se podía optar por adquirir alcoholímetros de un solo uso a un precio de entre 
uno y tres euros o bien electrónicos con un precio de entre 100 y 200 euros. 
Los problemas de suministro tanto para que los conductores franceses dispusiesen de suficientes 
unidades como para aquellos que iban a circular por las carreteras francesas aumentaron y 
lógicamente viendo la demanda de los aparatos (fabricados en China y Norte de África), los 
vendedores no tardaron en llegar incluso a quintuplicar los precios de venta. A pesar de todo, a 
consulta del Consejo Nacional de Seguridad Vial y de las asociaciones de conductores y de víctimas 
de la carretera en el año 2013 está ley quedo anulada. 
 
 
Gráfica 1.2 Accidentes por año durante la aplicación del programa “Conduce sin alcohol”. 
 
 
10 
 
1.3.2 Gobierno de Bélgica 
 
Por parte del Gobierno belga se propuso en el año 2009, que los conductores castigados por 
conducir en estado de ebriedad instalarán en sus vehículos un Alcolock. Se trata de un dispositivo 
que impide el arranque si el conductor ha consumido alcohol, por medio de un test de 
alcoholemia que deben realizar cada vez que quieran poner en marcha su automóvil. 
Este dispositivo detectaba el aire expirado y, en caso de resultado positivo, impedía que el vehículo 
arrancara, almacenando en un chip toda la información registrada, según una serie de variables 
previstas, tales como los índices establecidos con arreglo a la legislación vigente en materia de 
alcoholemia. El objetivo era que el dispositivo fuese instalado para los conductores que habían sido 
condenados por conducir ebrios, quienes además debían sufragar la instalación en sus vehículos 
del mecanismo. La tecnología del dispositivo era canadiense, aunque lo comercializaba una 
multinacional europea y su precio de venta en Bélgica oscilaba entre los 1.000 y 2.000 euros. Hasta 
ahora no se ha llevado a cabo la propuesta y los conductores sorprendidos al volante bajo influencia 
de alcohol sólo están sujetos a multas y a la retirada del permiso de conducir. 
 
1.4 PROPUESTAS DE FABRICANTES DE AUTOS Y ALCOHOLÍMETROS 
 
1.4.1 En California 
Ante el aumento de las muertes provocadas por conductores en estado de ebriedad en California, 
legisladores y funcionarios de justicia están recurriendo a una pequeña caja negra para atacar el 
problema. Se llamará dispositivo de bloqueo del sistema de ignición, y será básicamente un 
alcoholímetro con un tubo en el que habrá que soplar. 
Los dispositivos de bloqueo del sistema de ignición, se instalarán en el tablero de instrumentos del 
automóvil, si detectan más de una mínima cantidad de alcohol en el aliento el sistema se bloqueará. 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
 
1.4.2 Toyota 
Toyota y la compañía japonesa Hino Motors, anunciaron que como parte de sus esfuerzos por 
eliminar los accidentes de tránsito provocados por quienes conducen en estado de ebriedad, están 
desarrollando un sistema que bloqueará el funcionamiento del auto si el conductor rebasa los límites 
de alcohol permitidos en la sangre denominándolo “Si bebiste, tu auto no arrancará”, el sistema 
incluirá la unidad manual de análisis de aliento y una cámara digital. El dispositivo detectará el nivel 
de alcohol en la sangre con una muestra simple de aliento y se tomará una fotografía del rostro del 
conductor como una identificación de prueba. 
 
 1.4.3 General Motors 
 
El fabricante Saab, del grupo General Motors, ha concebido un etilo test electrónico bautizado con 
el nombre de Alcokey. Como su nombre indica, el dispositivo irá acoplado a la llave de contacto y 
antes de arrancar, el conductor deberá soplar en un embudo que mide la cantidad de alcohol 
expirado en el aliento. El resultado se transmitirá a continuación a un dispositivo electrónico que 
autorizará, o no, la puesta en marcha del motor. Naturalmente, un sistema así necesita de la buena 
voluntad del conductor y que éste, por ejemplo, no pida a uno de sus acompañantes que sople. El 
Alcokey no ha sido comercializado aún. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO II 
 MARCO TEÓRICO 
 
 
13 
 
2.1 SENSORES 
 
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de 
instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden 
ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, 
desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. 
Un fenómeno físico a ser medido es captado por un sensor, y muestra en su salida una señal eléctrica 
dependiente del valor de la variable física (figura 2.1). La señal eléctrica es modificada por un 
sistema de acondicionamiento de señal, cuya salida es un voltaje. El sensor dispone de un circuito 
que transforma y/oamplifica la tensión de salida. 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.1 Muestras de partes por millón de el aliento entrando al sensor y finalmente 
convertida en una señal eléctrica. 
 
2.1.1 Sensor de Gas 
 
Un sensor de gas se basa fundamentalmente en la toma de una muestra de partículas que produce 
un cambio físico o químico de un material sensible al gas, obteniendo así una señal eléctrica que 
constituye la respuesta del sensor. 
 
Funcionamiento 
Los sensores de gas más utilizados se basan en óxidos semiconductores cuya conductividad 
eléctrica se ve modificada como consecuencia de la reacción producida entre el semiconductor y los 
gases presentes en la atmósfera. El SnO2 (Oxido de estaño) es un material semiconductor de gran 
estabilidad química. 
 
 
14 
 
Las propiedades de sensado del SnO2 son: sensibilidad, selectividad y reproducibilidad, dependen 
de varios factores, siendo los más relevantes el tamaño de partícula, distribución de tamaño de 
partícula y área superficial específica (figura 2.2). La utilización de SnO2 nanocristalino beneficia 
sustancialmente el sensado de gases, debido a la magnificación de los efectos superficiales, 
(obsérvese figura 2.3). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
El agregado de contaminantes en óxidos metálicos semiconductores permite alterar sus 
características eléctricas. Mediante la detección de las variaciones de conductividad eléctrica en la 
película de SnO2 por el fenómeno de adsorción, se detectan las partículas de gas presentes en el 
ambiente. “Ante la presencia de un gas, el óxido del metal hace que el gas se disocie en iones 
cargados con el resultado de una transferencia de electrones. Un par de electrodos parcialmente 
embebidos en el óxido del metal mide el cambio de conductividad del sensor. Este cambio es 
proporcional a la concentración del gas”. 
Figura. 2.2 Propiedades del SnO2. 
Figura. 2.3 SnO2 nanocristalino. 
 
 
15 
 
Los sensores de gases semiconductores, ya sean de películas gruesas, películas delgadas MOS, 
micromaquinado, entre otros, requieren ser calentados de manera localizada y uniforme entre 200 y 
450° C. (para mantenerlo a una temperatura óptima para la detección de gas). Debido a que su 
sensibilidad depende fuertemente de la temperatura de operación, es necesario controlar 
cuidadosamente dicha temperatura. Por tal motivo, el calentador integrado de platino cumple la 
función de controlar la temperatura deseada. 
Los sensores, pueden detectar una gran gama de gases en rangos de ppm (partes por millón) o 
combustibles. Se pueden conseguir diferentes características de respuesta variando los materiales, 
las técnicas del proceso y la temperatura de trabajo. Su simplicidad de construcción resulta en una 
vida de 10 a 25 años libre de problemas. Son robustos, soportan choques y vibraciones siendo válido 
para servicio anti explosión. 
 
2.1. 2 Sensor MQ-3 
 
Este sensor es adecuado para la detección de concentración de alcohol al igual que lo hace un 
alcoholímetro. Posee una respuesta rápida en el tiempo y su sensibilidad es ajustable por medio de 
un potenciómetro externo. 
 Basándose en la detección de alcohol a percibir, mediante la variación de resistencia del 
potenciómetro se puede obtener una señal de tipo analógico para así después tratarla como más 
se desee, esto gracias al diseño pertinente de un circuito de control usando un conversor analógico 
a digital. 
Por ningún motivo, este sensor se debe sumergir en las concentraciones de alcohol, puesto que se 
vería comprometido su funcionamiento, este solo debe acercarse lo suficiente a la sustancia para 
sensar el vapor y tomar las lecturas deseadas, obsérvese el sensor MQ-3 en la (figura 2.4). 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.4 Sensor de alcohol MQ-3. 
 
 
16 
 
Estructura 
En el interior del sensor MQ-3 se encuentra un pequeño tubo de cerámica Al2O3 (Óxido de aluminio), 
este tubo es un sistema de calefacción que está hecho de óxido de aluminio y óxido de estaño. 
Dentro del sensor también hay 6 bobinas (figura. 2.5), que ejercen un campo electromagnético el 
cual produce el calor. En el exterior se pueden encontrar 6 pines, de los cuales 2 son llamados H, 
están conectados a las bobinas y se utilizan para proporcionar corriente de calentamiento, los otros 
4 pines están conectados directo al tubo de cerámica y se utilizan para recoger señales (figura. 2.6). 
 
 
Figura 2.5 Bobinas en el interior del Sensor MQ-3. 
 
 
Figura 2.6 Pines del sensor MQ-3. 
 
 
http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=Pines+de+MQ-3&source=images&cd=&cad=rja&docid=t3KZBv2fre9_BM&tbnid=kavOV_wbkF0yuM:&ved=0CAUQjRw&url=http://chrisartblogg.blogspot.com/2010/10/mq3-sensor.html&ei=ki_JUZLzIY3I9QTJoYG4Dg&bvm=bv.48293060,d.eWU&psig=AFQjCNHE3xgBmu1R-3MZNQfmcKR07Ugc_A&ust=1372225797283767
http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&source=images&cd=&cad=rja&docid=QUTucGWr3BQXiM&tbnid=JQNo_t73dp3klM:&ved=0CAUQjRw&url=http://playground.arduino.cc/Main/MQGasSensors&ei=WTDJUZfFBYSw8QS99oGYAg&bvm=bv.48293060,d.eWU&psig=AFQjCNETu2A_gJbJYDinGhC7hfhurDZXug&ust=1372225705936292
 
 
17 
 
 
Funcionamiento 
 
El material sensible del sensor de gas MQ-3 es SnO2, con menor conductividad en el aire limpio. 
Cuando existe el gas de alcohol, la conductividad del sensor es más alta, conforme la concentración 
de gas va en aumento la conductividad también. 
 
 
Características 
° Una alta sensibilidad al gas de alcohol. 
° Buena resistencia a la gasolina, el humo y el vapor. 
° Puede detectar el alcohol con diferente concentración. 
° Circuito de accionamiento simple. 
° Respuesta rápida 
° Vida larga y estable. 
° Bajo costo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aplicaciones 
° Alcoholímetros 
 
 
 
18 
 
Gráficas de comportamiento del sensor MQ-3 
En la gráfica 2.1 se muestra el comportamiento del sensor MQ-3 con respecto a los miligramos de 
alcohol por litro en el aliento y la resistencia a la que trabajara con distintos gases como son el 
alcohol, el aire, monóxido de carbono a 20o centígrados, se muestra el comportamiento de la 
variación de la resistencia correspondiente a cada gas. Entre mayor sea la concentración de alcohol, 
la resistencia disminuirá y por lo tanto la corriente aumentará, utilizando los principios de la ley de 
ohm donde la corriente varia directamente al voltaje e inversamente proporcional al valor de la 
resistencia se llega a la conclusión de que el voltaje aumentará y será la señal entregada. De igual 
manera en la gráfica 2.2 se muestra que entre menor sea la temperatura mayor será la resistencia, 
por tanto el voltaje entregado será menor, y viceversa cuan mayor sea la temperatura menor será la 
oposición al flujo de electrones y el voltaje inducido será mayor. 
 
Gráfica 2.1 Típicas características de sensibilidad del sensor MQ-3 para varios gases. 
 
 
 
 
 
 
 Gráfica 2.2 Típica dependencia del sensor MQ-3 en temperatura y humedad. 
En su temperatura: 20℃ 
Humedad: 65% 
Concentración de 𝑂2 del 21% 
RL=200kΩ 
Ro: resistencia del sensor a 0,4 mg/l del 
alcohol en el aire limpio. 
Rs: resistencia del sensor en varias 
concentraciones de gases. 
 
 
 
Ro: resistencia del sensor a 0,4 mg/ l del alcohol 
en el aire a 33% de humedad relativa y 20℃. 
Rs: resistencia del sensor a 0,4 mg/ l del alcohol a 
diferentes temperaturas y humedades. 
 
 
19 
 
2.2 INTERFAZ 
 
Una interfaz es el puerto (circuito físico) a través del que se envían o reciben señales desde un 
sistema o subsistemas hacia otros. No existe una interfaz universal, sino que existen diferentes 
estándares (Interfaz USB - Bus Serial Universal, interfaz SCSI - Interfaz de sistema para pequeñas 
computadoras, etc.), que establecen especificaciones técnicas concretas (características comunes), 
con lo que la interconexión sólo es posible utilizando la misma interfaz en origen y destino. Así 
también, una interfaz puede ser definida como un intérpretede condiciones externas al sistema, a 
través de transductores y otros dispositivos, que permite una comunicación con actores externos, 
como personas u otros sistemas, a través de un protocolo común a ambos. Una interfaz es una 
conexión física y funcional entre dos aparatos o sistemas independientes. 
 
2.3 UNIDAD DE CONTROL 
2.3.1 Microcontrolador 
Los microcontroladores son computadores digitales integrados en un chip que cuentan con un 
microprocesador o unidad de procesamiento central (CPU), una memoria para almacenar el 
programa, una memoria para almacenar datos y puertos de entrada salida (figura. 2.7). A diferencia 
de los microprocesadores de propósito general, como los que se usan en los computadores PC, los 
microcontroladores son unidades autosuficientes y más económicas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.7 Microcontrolador. 
 
 
 
20 
 
El funcionamiento de los microcontroladores está determinado por el programa almacenado en su 
memoria. Este puede escribirse en distintos leguajes de programación. Además, la mayoría de los 
microcontroladores actuales pueden reprogramarse repetidas veces. 
Por las características mencionadas y su alta flexibilidad, los microcontroladores son ampliamente 
utilizados como el cerebro de una gran variedad de sistemas embebidos que controlan maquinas, 
componentes de sistemas complejos, como aplicaciones industriales de automatización y robótica, 
equipos médicos, sistemas aeroespaciales, e incluso dispositivos de la vida diaria como automóviles, 
hornos de microondas, teléfonos y televisores. Frecuentemente se emplea la notación µC o MCU 
por sus siglas en inglés de “microcontroller unit” para referirse a los microcontroladores. 
 
2.3.2 Tipos de Arquitecturas 
Arquitectura Von Newmann 
La arquitectura tradicional de computadoras y microprocesadores se basa en el esquema propuesto 
por John Von Newmann, en el cual la unidad central de procesamiento ó CPU, está conectada al 
bloque de memorias, que contiene las instrucciones del programa y los datos, por una sola vía o bus 
(figura 2.8). El tamaño de la unidad de datos o instrucciones está fijado por el ancho del bus de la 
memoria, es decir un microprocesador de 8 bits, contiene un bus de 8 bits que lo conecta con la 
memoria. Cuando deba acceder a una instrucción o dato de más de un byte de longitud, deberá 
realizar más de un acceso a la memoria. Por otro lado este bus único limita la velocidad de operación 
del microprocesador, ya que no se puede buscar de memoria una nueva instrucción, antes de que 
finalicen las transferencias de datos que pudieran resultar de la instrucción anterior. Es decir que las 
dos principales limitaciones de esta arquitectura tradicional son: 
a) La longitud de las instrucciones está limitada por la unidad de longitud de los datos, por lo 
tanto el microprocesador debe hacer varios accesos a la memoria para buscar instrucciones 
complejas, 
b) La velocidad de operación (o ancho de banda de operación) está limitada por el efecto de 
cuello de botella que significa un bus único para datos e instrucciones que impide superponer 
ambos tiempos de acceso. 
 
 
 
Figura 2.8 Arquitectura Von Newmann. 
CPU MEM 
 
 
21 
 
Arquitectura Harvard 
La arquitectura conocida como Harvard, consiste simplemente en un esquema en el que el CPU está 
conectado a dos memorias por intermedio de dos buses separados. Una de las memorias contiene 
solamente las instrucciones del programa, y es llamada Memoria de Programa. La otra memoria solo 
almacena los datos y es llamada Memoria de Datos (figura 2.9). Ambos buses son totalmente 
independientes y pueden ser de distintos anchos. 
Para un procesador de Set de Instrucciones Reducido, o RISC (Computador con Conjunto de 
Instrucciones Reducidas), el set de instrucciones y el bus de la memoria de programa pueden 
diseñarse de manera tal que todas las instrucciones tengan la misma longitud en la memoria de 
programa. 
Además, como los buses son independientes, el CPU puede estar accediendo a los datos para 
completar la ejecución de una instrucción, y al mismo tiempo estar leyendo la próxima instrucción a 
ejecutar. Se puede observar claramente que las principales ventajas de esta arquitectura son: 
- El tamaño de las instrucciones no está relacionado con el de los datos, y por lo tanto puede 
ser optimizado para que cualquier instrucción ocupe una sola posición de memoria de 
programa, logrando así mayor velocidad y menor longitud de programa. 
- El tiempo de acceso a las instrucciones puede superponerse con el de los datos, logrando 
una mayor velocidad de operación. 
Una pequeña desventaja de los procesadores con arquitectura Harvard, es que deben poseer 
instrucciones especiales para acceder a tablas de valores constantes que pueda ser necesario incluir 
en los programas, ya que estas tablas se encontraran físicamente en la memoria de programa por 
ejemplo en la EPROM (ROM programable borrable) de un microprocesador. 
 
 
 
 
 
Figura 2.9 Arquitectura Harvard. 
 
 
MEM 
DATOS 
CPU 
MEM 
PROG 
 
 
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2.3.3 Estructura y elementos de un microcontrolador 
 
Las partes que lo integran son: Memoria de programa, Memoria de almacenamiento, Unidad central 
de procesamiento ó CPU, Unidad de entrada de dato y Unidad de salida de dato. 
Específicamente un Microcontrolador (MC) contiene: Un microprocesador ó CPU, Stack Pointer 
(Puntero de Pila), Contador de programa, RAM interno (Memoria de acceso aleatorio interno), 
Contador / timer (programable), ROM (Memoria de solo lectura) ó EPROM interno (ROM 
Programable borrable interno). 
 
A continuación se describe los elementos más comunes en todo tipo de microcontrolador: 
 
El procesador 
Es el elemento más importante del microcontrolador y determina sus principales características, tanto 
a nivel hardware como software. Se encarga de direccionar la memoria de instrucciones, recibir el 
código OP de la instrucción en curso, su decodificación y la ejecución de la operación que implica la 
instrucción, así como la búsqueda de los operandos y el almacenamiento del resultado. 
Memoria 
En los microcontroladores la memoria de instrucciones y datos está integrada en el propio chip. Una 
parte debe ser no volátil, tipo ROM, y se destina a contener el programa de instrucciones que 
gobierna la aplicación. Otra parte de memoria será tipo RAM, volátil, y se destina a guardar las 
variables y los datos. Hay dos peculiaridades que diferencian a los microcontroladores de los 
computadores personales: No existen sistemas de almacenamiento masivo como disco duro o 
disquetes. Como el microcontrolador sólo se destina a una tarea en la memoria ROM, sólo hay que 
almacenar un único programa de trabajo. La RAM en estos dispositivos es de poca capacidad pues 
sólo debe contener las variables y los cambios de información que se produzcan en el transcurso del 
programa. Por otra parte, como sólo existe un programa activo, no se requiere guardar una copia del 
mismo en la RAM pues se ejecuta directamente desde la ROM. 
Los usuarios de computadores personales están habituados a manejar Megabytes de memoria, 
pero, los diseñadores con microcontroladores trabajan con capacidades de ROM comprendidas 
entre 512 bytes y 8 K bytes, y de RAM comprendidas entre 20 y 512 bytes. 
 
 
 
 
23 
 
Puertas de Entrada y Salida 
Las puertas de Entrada y Salida (E/S) permiten comunicar al procesador con el mundo exterior, a 
través de interfaces ó con otros dispositivos. Estas puertas, también llamadas puertos, son la 
principal utilidad de los pines de un microprocesador. Según los controladores de periféricos que 
posea cada modelo de microcontrolador, las líneas de E/S se destinan a proporcionar el soporte a 
las señales de entrada, salida y control. 
Reloj principal 
Todos los microcontroladores disponen de un circuito oscilador que genera una onda cuadrada de 
alta frecuencia, que configura los impulsosde reloj usados en la sincronización de todas las 
operaciones del sistema. Esta señal del reloj es el motor del sistema y la que hace que el programa 
y los contadores avancen. 
Generalmente, el circuito de reloj está incorporado en el microcontrolador y sólo se necesitan unos 
pocos componentes exteriores para seleccionar y estabilizar la frecuencia de trabajo. Dichos 
componentes suelen consistir en un cristal de cuarzo junto a elementos pasivos o bien un resonador 
cerámico o una red R-C. Aumentar la frecuencia de reloj supone disminuir el tiempo en que se 
ejecutan las instrucciones pero lleva aparejado un incremento del consumo de energía y de calor 
generado. 
Stack Pointer (S. P.) 
Llamado también “Puntero de Pila” es una zona reservada de memoria RAM, cuando se produce 
una llamada de subrutina el contenido de contador de programa (P.C.) se guarda en el S.P. (de 16 
bits.), cuando termina la subrutina sucede el proceso inverso. 
El microcontrolador no contiene teclado (entrada) y tampoco Display (salida). 
 
2.3.4 Tipos de Microcontroladores 
 
Los PIC (Circuitos Integrados programables) son una familia de microcontroladores con un tipo de 
arquitectura RISC fabricados por Microchip Technology Inc. y derivados del PIC1650, originalmente 
desarrollado por la división de microelectrónica de General Instrument. 
 
 
 
 
 
24 
 
Hoy en día existe una variedad de PIC´s que vienen con varios periféricos incluidos (módulos de 
comunicación serie, UART - Transmisor Receptor Asíncrono Universal, núcleos de control de 
motores, etc.) y con memoria de programa desde 512 a 32 000 palabras (una palabra corresponde 
a una instrucción en lenguaje ensamblador, y puede ser de 8, 16 o 32 bits, dependiendo de la familia 
específica del PIC). 
 
Los microcontroladores más comúnmente usados son la familia 12F, 16F, 18F y dsPIC. 
 
 
2.3.5 PIC18F2550 
 
El PIC18F2550 dispone de una arquitectura interna de 16 bits, una memoria EEPROM de 256 bytes, 
un convertidor A/D (analógico/digital), un oscilador interno de 31 kHz a 8 MHz, un transistor-receptor 
USB de 48 MHz para la conexión con un PC y 28 pines (Obsérvese figuras 2.10 y tabla 2.1). 
 
 
Figura 2.10 Puertos de entrada y salida del PIC18F2550. 
Memoria 
En cuanto a la cantidad de memoria necesaria se debe hacer una estimación de cuánta memoria 
volátil y no volátil es necesaria y si es conveniente disponer de memoria no volátil modificable. 
El PIC18F2550 tiene dos tipos de memoria: memoria de programa y memoria de datos. En la 
memoria de programa se almacenan todas las instrucciones del programa de control, que debe estar 
almacenado de forma permanente. En la memoria de datos se almacenan los datos que manejan 
los programas (tabla 2.1). 
http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=TavGSNsbxIyVdM&tbnid=VpKxwHdZCLWZvM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.azp.ro/scheme-electronice/microcontrolere-proiecte/83-pic18f2550-pini-si-program-de-start.html&ei=-tyhUtvtFIXO2AWhzoD4Bw&bvm=bv.57752919,d.b2I&psig=AFQjCNHJieVUKhrOCDpFH3QaoO-hSvNldw&ust=1386425911858345
 
 
25 
 
Tabla 2.1 “Características del PIC18F2550” 
Tensión de Alimentación 5V 
Corriente máxima de entrada 250mA 
Corriente máxima de salida por todos los pines 200mA 
Corriente máxima de entrada en un pin I/O 25mA 
Corriente máxima de salida en un pin I/O 25mA 
Temperatura de almacenamiento -65ºC<T<+150ºC 
Potencia disipada total 1.0 W 
Memoria FLASH 32kbytes 
Memoria SRAM 2048bytes 
Memoria EEPROM 256bytes 
Dimensiones 10.34 x 17.87 x 2.50 mm 
Tipo de encapsulado PDIP 
 
Procesamiento de datos 
Puede ser necesario que el microcontrolador realice cálculos críticos en un tiempo limitado. En ese 
caso se debe asegurar de seleccionar un dispositivo suficientemente rápido para ello. Por otro lado, 
habrá que tener en cuenta la precisión de los datos a manejar: si no es suficiente con un 
microcontrolador de 8 bits, puede ser necesario acudir a microcontroladores de 16 o 32 bits, o incluso 
a hardware de punto flotante. 
Entrada/Salida 
Para determinar las necesidades de Entrada/Salida del sistema es conveniente conocer el diagrama 
de bloques del PIC 18F2550, de tal forma, que sea sencillo identificar la cantidad y tipo de señales 
a controlar. Una vez realizado este análisis puede ser necesario añadir periféricos externos o 
cambiar a otro microcontrolador más adecuado a las necesidades del sistema. 
Consumo 
Algunos productos que incorporan microcontroladores están alimentados con baterías. Lo más 
conveniente en un caso como éste puede ser que el microcontrolador esté en estado de bajo 
consumo pero que active una señal (una interrupción) y ejecute el programa adecuado para 
procesarla. 
 
 
 
26 
 
Ancho de palabra 
El criterio de diseño debe ser seleccionar el microcontrolador de menor ancho de palabra que 
satisfaga los requerimientos de la aplicación. Usar un microcontrolador de 4 bits supondrá una 
reducción importante en el costo, mientras que uno de 8 bits puede ser el más adecuado si el ancho 
de los datos es de un byte. Los microcontroladores de 16 y 32 bits, debido a su elevado precio, 
deben reservarse para aplicaciones que requieran altas prestaciones. 
Watchdog Timer 
El temporizador Watchdog Timer por sus siglas en inglés (WDT), o perro guardián, es un registro de 
8 bits que no está implementado en la memoria de datos, por tanto no se puede leer ni escribir en 
él. La activación o no del WDT no se realiza mediante programación, ya que es una de las opciones 
que se eligen al momento de grabar el microcontrolador con la palabra de configuración. El bit 
destinado a dicha función es el WDTE. 
Reset 
Cuando se suministra una tensión de alimentación al microcontrolador, este ejecuta 
automáticamente un Reset, de forma que todos los registros se modifican adquiriendo la 
configuración que presentan por defecto en sus estados lógicos originales. Sin embargo los 
microcontroladores dispones de un pin destinado específicamente para ejecutar un Reset en el caso 
de producirse un fallo o cuando sea necesario para la inicialización del microcontrolador. 
 
Cuando se ejecuta un Reset, se producen dos acciones importantes: 
- El contador de programa se vuelve a colocar en el principio del programa. 
- Los registros modificados vuelven a su estado normal. 
 
La señal de reset se aplica al pin MCLR. Esta entrada está negada, por lo cual se tendrá que conectar 
a la alimentación positiva Vcc si se quiere que el PIC funcione. Esta entrada puede ser activada de 
manera externa y por el propio PIC si se produce: 
- Conexión de la alimentación. 
- Caída de la alimentación del PIC por debajo de los 2.2 V. 
- Desbordamiento de WDT (Contador que funciona con los impulsos de su propio 
oscilador. 
Para generar la señal de reset en el diseño se coloca a nivel alto el pin MCLR a través de dos 
resistores y se coloca un capacitor a tierra, de forma que cuando el capacitor es accionado, la 
entrada se pone a nivel bajo y el circuito se resetea. 
 
 
27 
 
El circuito de reset automático se ejecuta cuando el voltaje de alimentación del microcontrolador es 
menor a 1.7 volts, logrando que no ocurran errores en la ejecución de las instrucciones propias del 
microcontrolador ya que lo mantiene apagado (figura 2.11). 
 
 
 
 
 
 
 
Figura. 2.11 Conexión al pin MCLR del PIC18FXXXX. 
 
Condensadores de desacoplo 
Se utiliza para dar una mayor estabilidad a la hora de alimentar el PIC, ya que evitan que existan 
oscilaciones en la entrada de alimentación del microcontrolador. Se coloca en paralelo, lo más 
próximo posible al integrado, entre alimentación y tierra (figura 2.12). 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura. 2.12 Conexión de capacitor de desacoplo. 
 
 
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Cristal del Oscilador 
Es un elemento indispensable para el correcto funcionamiento de un microcontrolador, ya