Presentacion sensores digitales y analogicos

Sensores - Arduino

1. Sensores Digitales y Analógicas https:// www.luisllamas.es/arduino-dht11-dht22

2. ¿ Que es un sensor? Un  sensor  es un objeto capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: intensidad lumínica, temperatura, distancia, aceleración, inclinación, presión, desplazamiento, fuerza, torsión, humedad, movimiento,  pH , etc. Una magnitud eléctrica puede ser una  resistencia eléctrica  (como en una  RTD ), una  capacidad eléctrica  (como en un  sensor de humedad ), una  tensión eléctrica  (como en un  termopar ), una  corriente eléctrica  (como en un  fototransistor ), etc . Áreas de aplicación de los sensores: 1  Industria automotriz, robótica, industria aeroespacial, medicina, industria de manufactura, etc.

3. Objetivos Conocer el funcionamiento de los sensores mas comunes en el mercado. Obtener el conocimiento para implementar los sensores con la placa arduino . Diferenciar un sensor analógico y uno digital.

4. Diferencias entre sensores analógicos y digitales: Un sensor analógico es aquel que, como salida, emite una señal comprendida por un campo de valores instantáneos que varían en el tiempo, y son proporcionales a los efectos que se están midiendo; por ejemplo, un termómetro es un dispositivo analógico. La temperatura se mide en grados que pueden tener, en cualquier momento determinado, diferentes valores que son proporcionales a su indicador, o a su "salida" en caso de un dispositivo electrónico. Un sensor digital en cambio es un dispositivo que puede adoptar únicamente dos valores de salida; 1 -0 encendido o apagado, sí, o no los estados de un sensor digital son absolutos y únicos, y se usan donde se desea verificar estados de "verdad" o "negación" en un sistema automatizado por ejemplo, una caja que es transportada llega al final de un recorrido, y activa un sensor digital; entonces, la señal 0 del sensor en reposo, cambia inmediatamente a 1, dando cuenta al sistema de tal condición.

5. SENSOR LM35 El LM35 es un sensor de temperatura digital. A diferencia de otros dispositivos como los  termistores  en los que la medición de temperatura se obtiene de la medición de su resistencia eléctrica, el LM35 es un integrado con su propio circuito de control, que proporciona una salida de voltaje proporcional a la temperatura. La salida del LM35 es lineal con la temperatura, incrementando el valor a razón de 10mV por cada grado centígrado. El rango de medición es de -55ºC (-550mV) a 150ºC (1500 mV). Su precisión a temperatura ambiente es de 0,5ºC.

6. ESQUEMA ELÉCTRICO El patillaje del LM35 se muestra en la siguiente imagen. Los pines extremos son para alimentación, mientras que el pin central proporciona la medición en una referencia de tensión, a razón de 10mV/ºC.

7. SENSOR DE ULTRASONIDOS? Un sensor de ultra sonidos es  un dispositivo para medir distancias . Su funcionamiento se base en el envío de un pulso de alta frecuencia, no audible por el ser humano. Este pulso rebota en los objetos cercanos y es reflejado hacia el sensor, que dispone de un micrófono adecuado para esa frecuencia. Midiendo el tiempo entre pulsos , conociendo la velocidad del sonido, podemos estimar la distancia del objeto contra cuya superficie impacto el impulso de ultrasonidos El rango de medición teórico del sensor HC-SR04 es de 2cm a 400 cm, con una resolución de 0.3cm. En la práctica, sin embargo, el rango de medición real es mucho más limitado, en torno a 20cm a 2 metros.

8. Funcionamiento de UN SENSOR DE ULTRASONIDOS El sensor se basa simplemente en  medir el tiempo entre el envío y la recepción de un pulso sonoro . Sabemos que la velocidad del sonido es 343 m/s en condiciones de temperatura 20 ºC, 50% de humedad, presión atmosférica a nivel del mar. Transformando unidades resulta.

9. Es decir, el sonido tarda 29,2 microsegundos en recorrer un centímetro. Por tanto, podemos obtener la distancia a partir del tiempo entre la emisión y recepción del pulso mediante la siguiente ecuación.

10. El motivo de dividir por dos el tiempo (además de la velociad del sonido en las unidades apropiadas, que hemos calculado antes) es porque hemos medido el tiempo que tarda el pulso en ir y volver, por lo que la distancia recorrida por el pulso es el doble de la que queremos medir.

11. ESQUEMA ELÉCTRICO El esquema eléctrico que necesitamos es el siguiente.

12. DETECTOR DE OBSTÁCULOS IR Un detector de obstáculos infrarrojo es un dispositivo que  detecta la presencia de un objeto mediante la reflexión que produce en la luz . El uso de luz infrarroja (IR) es simplemente para que esta no sea visible para los humanos. Constitutivamente son sensores sencillos. Se dispone de un LED emisor de luz infrarroja y de un fotodiodo (tipo BPV10NF o similar) que recibe la luz reflejada por un posible obstáculo.

13. Este tipo de sensores actúan a distancias cortas, típicamente de 5 a 20mm. Además la cantidad de luz infrarroja recibida depende del color, material, forma y posición del obstáculo, por lo que  no disponen de una precisión suficiente para proporcionar una estimación de la distancia  al obstáculo.

14. ESQUEMA ELÉCTRICO El montaje es sencillo. Alimentamos el módulo a través de Vcc y GND conectándolos, respectivamente, a la salida de 5V y GND en Arduino.

15. Finalmente, conectamos la salida digital del sensor a una entrada digital para leer el estado del sensor.

16. SERVO Un servo es un tipo de accionador ampliamente empleado en electrónica. A diferencia de otros tipos de motores en los que controlamos la velocidad de giro,  en un servo indicamos directamente el ángulo deseado  y el servo se encarga de posicionares en este ángulo. Típicamente los servos disponen de  un rango de movimiento de entre 0 a 180º.  Es decir, no son capaces de dar la vuelta por completo (de hecho disponen de topes internos que limitan el rango de movimiento)

17. Internamente un servo frecuentemente consta de un mecanismo reductor. Por tanto  proporcionan un alto par y un alto grado de precisión  (incluso décimas de grado). Por contra, las  velocidades de giro son pequeñas  frente a los motores de corriente continua. Los servos se admiten una tensión de alimentación entre 4,8V a 7,2V, siendo  el valor más adecuado es 6V . Con tensiones inferiores el motor tiene menos fuerza y velocidad. Con tensiones superiores a 6,5V los servos empiezan a oscilar demasiado, lo cual los hace poco útiles.

18. Funcionamiento de UN SERVO Internamente un servo está constituido por un motor de corriente continua, acoplado a un reductor para reducir la velocidad de giro, junto con la electrónica necesaria para controlar su posición .

19. Frecuentemente simplemente se dispone de un potenciómetro unido al eje del servo, que permite al servo para conocer la posición del eje. Esta información es tratada por un controlador integrado que se encarga de ajustar actuar sobre el motor para alcanzar la posición deseada. La comunicación de la posición deseada se realiza mediante la transmisión de un señal pulsada con periodo de 20ms. El ancho del pulso determina la posición del servo.

20. La relación entre el ancho del pulso y el ángulo depende del modelo del motor. Por ejemplo, algunos modelos responden con 0º a un pulso de 500 ms, y otros a un pulso de 1000 ms En general, en todos los modelos: Un pulso entre 500-1000 us corresponde con 0º Un pulso de 1500 ms corresponde con 90º (punto neutro) Un pulso entre 2000-2500us corresponde con 180º Por tanto, variando la señal en microsegundos podemos disponer de una precisión teórica de 0.18-0.36º, siempre que la mecánica del servo acompañe.

21. ESQUEMA DE MONTAJE Conectar un servo a Arduino es sencillo. El servo dispone de tres cables, dos de alimentación (GND y Vcc) y uno de señal (Sig). El color de estos cables suele tener dos combinaciones: – Marrón (GND), Rojo (Vcc) y Naranja (Sig) – Negro (GND), Rojo (Vcc) y Blanco (Sig) Por un lado, alimentamos el servo mediante el terminal GND ( Marrón / Negro) y Vcc (Rojo).

22. En general, la alimentación a los servos se realizará desde una fuente de tensión externa (una batería o fuente de alimentación) a una tensión de 5V-6.5V, siendo 6V la tensión idónea. Por otro lado, finalmente, para el control conectamos el cable de señal (naranja / blanco) a cualquier pin digital de Arduino.

23. SALIDAS Y ENTRADAS AISLADAS CON ARDUINO Y OPTOACOPLADOR Un optoacoplador es un  dispositivo que emplea luz para conectar dos circuitos eléctricos  manteniendo un aislamiento galvánico entre ellos, es decir, la carga eléctrica no tiene un camino pasar entre ambos circuitos. La única comunicación entre ambos circuitos se realiza a través de la luz, sin existir contacto eléctrico. Frecuentemente se incorpora una barrera dieléctrica entre emisor y receptor para aumentar el aislamiento al orden de kV.

24. Al disponer de aislamiento galvánico protegemos la electrónica de control de cualquier tipo de ruido, sobrevoltaje, pico, armónico, corriente inducida, etc… que podría dañarla. Los optoacopladores normalmente se proporcionan en integrados de tipo DIP y SMD, de 4 a 16 pines. Existen diferentes tipos de optoacopladores, y cada uno requiere un número de pines diferentes. Además, existen integrados con uno o varios optoacopladores en su interior (single, doble y quad). La combinación de esto determina el número de pines del integrado.

25. Funcionamiento de UN OPTOACOPLADOR Los optoacopladores  incorporan un emisor y un receptor en un único integrado compacto . En la mayoría de los casos el emisor es un diodo GaAs IR LED, mientras que el fotoreceptor puede ser un fototransitor, un fotodiodo + transistor, un fototriac, entre otros.

26. OPTOACOPLADOR CON ARDUINO Si queremos transmitir una señal optoacoplada, es decir, que Arduino forme parte del circuito primario, la conexión es sencilla. Por un lado, alimentamos el circuito primario que alimentar el circuito primario, que no deja de ser un simple LED .

27. ARDUINO RECEPTOR DE SEÑAL OPTOACOPLADA Si lo que queremos es que Arduino reciba una señal optoacoplada emitida desde otro dispositivo, simplemente tenemos que realizar la lectura del secundario como si fuera un pulsador, tal y como vimos en la entrada.  

28. Sensores de temperatura y humedad El DHT11 y el DHT22 son dos modelos de una misma familia de sensores, que permiten realizar la  medición simultánea de temperatura y humedad . Estos sensores disponen de un procesador interno que realiza el proceso de medición, proporcionando la medición mediante una señal digital, por lo que  resulta muy sencillo obtener la medición desde un microprocesador como Arduino . Ambos sensores presentan un encapsulado de plástico similar. Podemos  distinguir ambos modelos por el color del mismo . El DHT11 presenta una carcasa azul, mientras que en el caso del sensor DHT22 el exterior es blanco.

29. Características del DHT11 Las características del DHT11 son realmente escasas, especialmente en rango de medición y precisión. Medición de temperatura entre 0 a 50, con una precisión de 2ºC Medición de humedad entre 20 a 80%, con precisión del 5%. Frecuencia de muestreo de 1 muestras por segundo (1 Hz)

30. Características del DHT22 Medición de temperatura entre -40 a 125, con una precisión de 0.5ºC Medición de humedad entre 0 a 100%, con precisión del 2-5%. Frecuencia de muestreo de 2 muestras por segundo (0.5 Hz)

31. EL DHT22 (sin llegar a ser en absoluto un sensor de alta precisión)  tiene unas características aceptables  para que sea posible emplearlo en proyectos reales de monitorización o registro, que requieran una precisión media.

32. ESQUEMA MONTAJE La conexión del DH11 y el DHT22 son idénticas, ya que como hemos comentado la única diferencia entres modelos son sus prestaciones. En ambos casos, disponemos de 4 patillas, de las cuales usaremos 3, Vcc, Output y GND.

33. Conectar el sensor es sencillo, simplemente alimentamos desde Arduino al sensor a través de los pines GND y Vcc del mismo. Por otro lado, conectamos la salida Output a una entrada digital de Arduino. Necesitaremos poner una resistencia de 10K entre Vcc y el Pin Output. El esquema eléctrico queda como la siguiente imagen

34. Conclusiones: Los sensores son dispositivos que convierten patrones en físicos en señales eléctricas. Se tiene diferentes tipos de sensores para cada aplicación en la industria. Todos los módulos (sensores) son escalables en la placa arduino y estos dependen del programa o aplicación que vayamos a implementar.