SELECCIÓN DE COMPENENTES, ALGORITMO DE PROCESADO Y CALIBRACION DEL SISTEMA 1.1 DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE. 1.1.1 Potenciómetro deslizante 10 k. Para este proyecto se manejó el potenciómetro 10k, que en realidad son dos de 5k que operan independientemente. Cuenta con 6 pines los cuales son dos de GND pin de tierra, dos VCC pin de alimentación y dos de entradas análogas. Para el manejo de este potenciómetro deslizante usualmente solo se necesitan 3 conexiones dirigidas al Arduino . (figura1) El potenciómetro deslizante, puede ofrecer algunos beneficios al operador como el controlar hacia arriba y abajo, hacia adelante y atrás, hacia la izquierda o derecha todo depende de la posición en que se vaya a colocar. Los factores que se tuvieron en cuenta para la sección de este sensor fueron
Tabla 1. Factores de medición para elección de sensor. Exactitud
La exactitud de este potenciómetro como sensor de posición es bastante alto.
Calibración Fiabilidad
.
Fuente. Los autores.
Figura 1. Potenciómetro deslizante 10 k (SLIDE-POT).
Fuente. https://didacticaselectronicas.com/index.php/componentespasivos/potenciometros/equalizador-detail Principales características del potenciómetro deslizante 10k Resistencia: 10K La salida del potenciómetro varía de 0 a VCC. Dimensiones: 90x20mm Peso:20g
Como requisito para este proyecto se necesita saber los pines de configuración de este potenciómetro deslizante en el que se enseña en la siguiente imagen. (Ver Figura 16)
Figura 2. configuraciones de los pines pines de salida. salida.
Fuente. http://henrysbench.capnfatz.com/henry http://henrysbench.capnfatz.com/henrys-bench/arduino-sensors-ands-bench/arduino-sensors-andinput/robotale-slide-potentiometer-arduino-tutorial/# Igualmente describiremos el funcionamiento de cada uno de ellos en la siguiente tabla.
Tabla 2. Configuraciones de los pines PIN 1 2 3
SENSOR SHARP OUTPUT A/B GND VCC
Fuente: Autores
ARDUINO A0 GND 5V
CARACTERÍSTICAS Pin de señal analógica. pin de tierra. Alimentación del sensor que puede estar entre +3V y +5V. usualmente +5V es el más usado.
1.1.2 Sensor óptico. En la máquina de ensayo Bulge se optó por el manejó del sensor Sharp GP2Y0A41SK0F que es un sensor óptico capaz de medir la distancia entre él y un objeto, con un rango de 4 a 30 cm, la lectura del sensor podría confundirse con una distancia grande si este se encuentra por debajo del rango mínimo, por esta razón se recomienda que el objeto no se encuentre demasiado cerca para evitar lecturas erróneas(figura1). El sensor con la ayuda de un emisor infrarrojo y un receptor miden la distancia usando triangulación; El método de triangulación consiste en medir uno de
los ángulos que forma el triángulo emisor-objeto-receptor, el Receptor es un PSD (Position Sensitive Detector) que detecta el punto de incidencia el cual depende del ángulo y a su vez la distancia del objeto. (figura 2)
Figura 1
Figura 2
Los factores que se tuvieron en cuenta para la sección de este sensor fueron
Tabla 3. Factores de medición para elección de sensor. Exactitud Calibración
Fiabilidad
A comparación con otros otros sensores de bajo costo, costo, el precio de medida es bastante alto. Es necesario ya que el sensor GP2Y0A41SK0F probablemente no se encuentre 99% en una posición con relación a la distancia entre el objeto y su rango mínimo. La señal que emite principalmente este sensor produce un pequeño ruido que hace que su lectura se mantenga variando así mantengamos estático el sensor. Para controlar dicho ruido y la medida se más estable, se optó en colocar un filtro promedio que hace que toma “n” muestras de medición las suma y las divide en la cantidad de “n” así
obteniendo una medición más estable y fiable.
Fuente. Los autores.
Figura 3. Sensor óptico (GP2Y0A41SK0F).
Fuente. https://www.luisllamas.es/ardu https://www.luisllamas.es/arduino-sharp-gp2y0a02yk ino-sharp-gp2y0a02yk0f/ 0f/ Principales características del sensor óptico: PARAMETROS SIMBOLO CONDICION CONDICION Rango de (note) ∆L distancia de medición Tensión del Vo L=30 (nota) terminal de salida
MIN TYP MAX UNIT 4 30 CM 0.25
0.4
0.55
V
Diferencia tención salida
de en
∆Vo
Diferencial relativo a la distancia
1.95 2.25 2.55
V
(30cm→4cm)
Consumo medio corriente
Icc de
(nota) L=30cm (nota)
-
12
22
mA
L=Distancia relativa al objeto (Nota) usando Objeto reflectante: Papel Papel Blanco (Hecho (Hecho por Kodak Co. Ltd. gray cards R-27, cara blanca, ratio de reflexión ratio: 90%) configuración de los pines de este sensor en el que se enseña en la siguiente imagen. (Ver Figura 16) pines de salida. salida. Figura 4. configuraciones de los pines
Fuente. https://www.luisllamas.es/arduino-sharp-gp2y0a02yk0f/ Igualmente describiremos el funcionamiento de cada uno de ellos en la siguiente tabla.
Tabla 4. Configuraciones de los pines PIN 1 2 3
SENSOR SHARP Vout GND Vcc
ARDUINO A0 GND 5V
CARACTERÍSTICAS Pin de señal analógica. pin de tierra. Alimentación del sensor que puede estar entre +3V y +5V. usualmente +5V es el más usado.
Fuente. https://naylampmechatronics.com/blog/55_tutorial-sensor-de-distanciasharp.html
1.1.3 Tarjeta de Adquisición. En la tabla que se muestra a continuación se describen los diferentes tipos de tarjetas que hay en el mercado para poder procesar los datos y seguidamente una descripción más profunda del circuito a operar. (Ver tabla 5) Tabla 5. Factores para elección de tarjeta de adquisición en Arduino
Costo Tecnología
Datos
Herramientas
Arduino uno R3 28.000
RASPBERRY PI 53000
microcontrolador de la marca Atmel y con toda la circuitería de soporte, que incluye, reguladores de tensión, un puerto USB (En los últimos modelos, aunque el original utilizaba un puerto serie) conectado a un módulo adaptador USBSerie Voltaje de operación, Voltaje de entrada (Recomendado), Voltaje de entrada (Límite), Corriente continua por pin IO, Corriente continua en el pin 3.3V, Frecuencia de reloj Cualquier tipo de software y dispositivos tales como Arduino IDE.
Computadora funcional se puede instalar un sistema operativo basado en kernel de Linux como Android, Firefox OS, Raspbian, OpenWebOS o Unix.
4 puertos usb, 40 pines GPIO, puerto full hdmi, puerto ethernet, conector combo compuesto de audio y video, interfaz de la cámara, interfaz de pantalla entre otros.
Puede trabajar con Arduino, Matlab y diferentes software
Fuente. Los autores El Arduino se utilizó como hardware principal para la obtención de datos, ya que cuenta con un microcontrolador ATmega328 en la placa, el cual usando el “Arduino programming language” y el “Arduino development” como principales
bases del proceso de programado.
En este Arduino existen entradas y salidas, las cuales hay 6 analógicas que están marcadas con una A y un número (0 a 5) y 14 digitales, las analógicas usualmente son utilizadas como entradas en la conexión con dispositivos, ya que nos permite leer un valor determinado en un rango. En cambio, que las digitales pueden ser entradas o salidas manejando una tensión de 0V o 5V, esto nos dice que el pin puede estar en bajo (Now) o alto (High). también cuenta con otros pines que nos dan diferente dif erente función:
GND (Ground) es la toma de tierra, 0V. AREF (Analog Reference) es el pin que nos suministra la tensión para el rango máximo de los puertos analógicos, normalmente 5V. Vin es la entrada de alimentación de la placa Arduino. Esta entrada no está protegida y por lo tanto hay que tener un especial cuidado con el voltaje que suministramos ya que podemos quemar la placa. Se recomienda una alimentación por USB en el periodo de pruebas. 5V y 3.3 V suministra una tensión de 5V y 3.3V respectivamente. RESET sirve para resetear el Arduino si aplicamos la tensión máxima posible (IOREF). Reinicia el Arduino volviendo a ejecutar el Bootloader y el programa que tengamos cargado. Importante, esta función no borra el programa que tengamos cargado en la memoria del Arduino. IOREF (Input Output Reference) es el pin que nos suministra la tensión para el estado alto de los pines digitales. Por norma general si conectamos el Arduino a 5V este pin nos dará 5V, en caso contrario serán 3.3V.
https://programarfacil.com/podcast/26-arduino-entradas-y-salidas/
Figura 5. Arduino uno R3
Fuente. 805833349009.html
https://tienda.bricogeek.com/arduino/305-arduino-uno-
A continuación, se describe las características de esta tarjeta de adquisición de datos:
Microcontrolador ATmega328. Voltaje de entrada 7-12V. 14 pines digitales de I/O (6 salidas PWM). 6 entradas análogas. 32k de memoria Flash. Reloj de 16MHz de velocidad.
1.1.4 Pantalla Lcd 16x2 con I2C. Esta pantalla de 16x2(16 caracteres x 2 líneas) cuenta con un interfaz I2C compatible con Arduino la cual nos ayuda a minimizar conexiones de pines al hardware a tan solo 4, dichos pines son dos de alimentación (GND y 5V), y dos de transmisión de información (ENTRADA Y SALIDAD), también cuenta con un potenciómetro que proporciona el manejo del contraste o luminosidad de la pantalla. PIN
ADACTADOR LCD CON I2C
ARDUINO UNO R3
1 GND GND 2 VCC 5V 3 SDA A4 4 SCL A5 FUENTE: https://www.naylampmechatronics.com/bl https://www.naylampmechatronics.com/blog/35_Tutorial--LCD-con-I2C-controla-unog/35_Tutorial--LCD-con-I2C-controla-unLCD-con-so.html
Figura 6. Pantalla Lcd 16x2 con I2C
Fuente. https://didacticaselectronicas.com/index.php/optoelectronica/displayslcd/display-lcd-16x2-interfaz-i2c-azul-lcd-1602-i2c-a-detail
I2C Dirección: 0x20-0x27-0x3F (por defecto 0x20) Retroiluminado (azul con blanco) Voltaje de alimentación: 5V Interfaz: I2C / TWI x1, Gadgeteer interfaz x2 contraste ajustable Tamaño: 82x35x18 mm
1.1.5 1.1.6 Conexiones y calibración. En esta parte del proyecto se realizan una serie de pasos específicos de conexiones de pines de salida a los componentes planteados anteriormente como se muestran en las siguientes imágenes. Figura 7. Conexiones para el potenciómetro 10k a Arduino Uno R3
Fuente. https://naylampmechatronics.com/blog/55_tutorial-sensor-de-distanciasharp.html En la anterior figura (Figura 20) se muestra cómo debe ir las conexiones para llevar a cabo la comunicación entre el potenciómetro deslizante y la tarjeta de Arduino ( Arduino Arduino Uno R3) el cual “VCC” es el voltaje de corriente que va conectado al pin de los 5 v, “GND” es el polo a tierra “Ground”, y un último pin que va a la entrada análoga A0 el cual por este se obtiene la información del sensor.
Figura 8. Conexión sensor óptico (infrarrojo) GP2Y0A41SK0F a Arduino Uno R3
Fuente. https://naylampmechatronics.com/blog/55_tutorial-sensor-de-distanciasharp.html En la anterior figura (Figura 20) se muestra cómo debe ir las conexiones para llevar a cabo la comunicación entre el sensor ( GP2Y0A41SK0F ) y la tarjeta de Arduino (Arduino Uno R3) el cual “VCC” es el voltaje de corriente que va conectado al pin de los 5v, “GND” es el polo a tierra “Ground”, y un último pin
que va a la entrada análoga A0 el cual por este se optime la información del sensor.
Fuente: https://www.naylampmechatronics.com/blog/35_Tutorial--LCD-con-I2Ccontrola-un-LCD-con-so.html Ahora empezaremos con la conexión de la pantalla LCD 16x2 con I2C, a diferencia del sensor esta cuenta con 4 pines, uno “VCC” que va al de 5V, otro
GND que es el de tierra, ahora procedemos a conectar los pines de entrada y salida de la información los cuales van SCL que va al pin A5 y el SDA que va al pin A4. Terminada dicha conexión procedemos a instalar el programa de Arduino IDE y después completar la instalación con las librerías necesarias para el correcto funcionamiento del sensor y pantalla con la tarjeta de Arduino Uno R3. (Ver Figura 21)
Figura 9. librerías necesarias para leer la pantalla LCD 16x2 con I2C
Fuente. Los autores. Luego de contar ya con la librería instalada, procederemos a escribir el código con el que va a trabajar la tarjeta de Arduino en el programa ARDUINO IDE, el cual hará que el sensor y la l a pantalla LCD trabajen conjuntamente. Al terminar de escribir el código procedemos a verificar que el código haya quedado escrito correctamente dando clic (ver figura 22) o presionando las teclas Ctrl+R, luego conectamos la tarjeta de Arduino al computador verificamos que el programa ARDUINO IDE haya leído nuestro Arduino Uno ( ver en la figura 22.1), al ver que las conexiones se encuentran en orden y funcionando pasamos a subir el código dando clic en icono que posee una flecha f lecha hacia la derecha (ver la figura 22) o con presionando las teclas Ctrl+U. Nota: Este código se creó para que los datos obtenidos del sensor sean mostrados en la pantalla LCD por el cual si damos clic en el monitor de serie no nos va mostrar ningún dato.
Figura 10. Verificación del código y subida a la tarjeta de Arduino
Fuente: Autores Figura 22.1 verificación de la conexión entre la tarjeta Arduino y el computador.
Fuente. Los autores.
Figura 11. Foto de la pantalla arrojando los datos
Fuente. Los autores
