1 Universidad de los Llanos. Sarmiento Alexandra, Doza Daniel. Sensores Resistivos.
Sistemas de Instrumentai$n 3irtual 3irtual Utilizando Sensores Resistivos 4rimer A. Autor Alexandra Sarmiento, Se+undo @. Autor Daniel Doza.
artículo sintetiza el trabajo desarrollado por estudiantes de Ingeniería Electrónica de la Universidad de los Llanos Llanos que consisti consistióó en el diseño diseño e imple impleme menta ntació ción n de dos sistemas de instrumentación virtual utilizando sensores resistivos, el primero para medir masa y el segundo para conocer la posición de un objeto bidimensional, bidimensional, cada uno requirió requirió de un sistema de adqu adquis isic ició ión n de dato datoss util utiliz izan ando do rdui rduino no como como tarj tarjet etaa de desarrollo y un sistema de inter!az realizado en el so!t"are pp Inventor y #rocessing$
II. 2AT)RIAL)S 6 2)TODOS
Resumen —Este
&esi &esist stiv ivos os,, '(eatstone, )asa, Instrumentación *irtual$ Índice
de
Términos— %ens % ensor ores es
#uen #uente te
de
4ara el dise7o e im'lementai$n de los dos sistemas de instrumentai$n virtual on sensores resistivos, se em'le$ una metodolo+"a 'or #ases, omo se muestra en la 8i+. 1.
Fase 1
Fase 2
CARACTERIZACIÓ N DEL SENSOR
ADQUISICIÓN DE LA SEÑAL
I. INTRODUCCIÓN Los sensores resistivos son una lase de sensores moduladores. Son a!uellos !ue var"an la resistenia en #uni$n de la varia%le a medir. medir. Los sensore sensoress !ue se %asan %asan en la varia variai$n i$n de la resistenia el&tria de un dis'ositivo son 'ro%a%lemente los m(s m(s a%un a%unda dant ntes es.. )sto )sto se de%e de%e a !u !uee son son mu* mu*as as las las ma+nit ma+nitude udess #"sia #"siass !ue a#et a#etan an al valor valor de la resist resisten enia ia el& el&tr tri iaa de un mate materi rial al.. )n ons onse eue uen nia ia,, o#re o#ree enn un unaa solui$n v(lida 'ara numerosos 'ro%lemas de medida. )n el aso de los resistores varia%les on la tem'eratura, o#reen tam%i&n un m&todo de om'ensai$n t&rmia a'lia%le en los sistemas de medidas de otras ma+nitudes 1-. La lasi#iai$n de los sensores !ue miden Las varia%les me(nias son los 'oteni$metros / las +al+as extensiom&trias0 extensiom&trias0 las varia%les t&rmi t&rmias as son los termis termistor tores es / la termor termorres resist isten enias ias,, las varia%les ma+n&tias son los sensores de ma+netorresistenia, las varia%les $'tias son las #otorresistenias / las varia%les !u"mias, los sensores de *i+r$metro resistivo. A ontinuai$n se 'resenta al+unos de los anteedentes !ue sirvieron omo re#erentes 'ara el desarrollo de este tra%ao. )n la Universidad de los Llanos, los estudiantes 2art"nez 3"tor 2anuel / 4oveda 5erm(n )duardo
Fase 3
Fase 4
INTERFAZ VIRTUAL
DIGITALIZACIÓN DE DIGITALIZACIÓN LA SEÑAL
+igura $ Dia+rama de #ases.
I-%.&U)E-./ *I&.UL #& )E0I& )% 4ara la im'lementai$n del instrumento virtual 'ara medir masa, los materiales !ue se utilizaron #ueron
Dos ta%las de Tri'lex de 9:x9: m Tornillos 4oteni$metro deslizante de 1:;< Resistenias de 1::;< 1=>? 2$dulo @luetoot* um'ers 2a*o B 2a*o Tareta Arduino Uno 4iola Cinta Do%le 8az 4roto%oard
4or lo tanto 'ara el desarrollo de la 8ase 1 12aracterización del %ensor3 , se utiliz$ un 'oteni$metro
Universidad de los Llanos. Sarmiento Alexandra, Doza Daniel. Sensores Resistivos. deslizante de un valor nominal de 1:;< on una lon+itud de m, omo se 'uede o%servar en la 8i+. . 4ara araterizar el sensor, se realizaron mediiones de Resistenia, distania de des'lazamiento / masa. Con el o%etivo de o%tener un meor resultado en la di+italizai$n de la se7al.
restan. Lue+o, en el %lo!ue J, oloamos las euaiones !ue o%tuvimos al a'liar dos re+resiones uadr(tias, la 'rimera se o%tuvo de resistenia on res'eto a la distania de des'lazamiento de nuestro 'oteni$metro de 'osii$n lineal / la se+unda, de la distania de des'lazamiento on res'eto a la masa. 8inalmente, en el %lo!ue , se env"a 'or serial el resultado, el ual se env"a ada J:: milise+undos. 4ara esto utilizamos un m$dulo %luetoot*, 'uesto !ue los datos son visualizados en una a'liai$n de Android !ue se 'ro+ram$ en A'' Inventor. INICIO
Variables de Entrada
+igura 4$ 4oteni$metro de deslizamiento
La 8ase 1dquisición de la %eñal3 , se im'lement$ un 'uente de E*eatstone, el ual est( onstituido 'or 9 resistenias de un valor nominal de 1:;< unto on el 'oteni$metro de 'osii$n lineal. Lue+o, las terminales de salida del 'uente de E*eatstone son onetadas al 'uerto an(lo+o de la tareta Arduino UNO. )n la 8i+. 9, se o%serva el es!uema del iruito.
int Va[10] foat Vx = 0.0 int Vb[10] foat Vy = 0.0 int i = 0 Variables de Salida
foat Vo = 0.0 foat Distancia = 0.0 int Masa = 0
Serial.begin (!00" #ySerial.begin (!00"
Va[i] = analog%ea& ('0" Vb[i] = analog%ea& ('1"
Vo = Vy $ Vx
+igura 5$ Ciruito de aondiionamiento.
La 8ase 9 10igitalización de la %eñal3 , se desarroll$ en la tareta Arduino UNO. Se im'lement$ un al+oritmo 'ara la di+italizai$n / uanti#iai$n la se7al anal$+ia de nuestro sensor. )l dia+rama de #luo de nuestro al+oritmo se muestra en la 8i+. >. )n la %lo!ue 1, se da iniio a nuestro 'ro+rama. Se delaran las varia%les de entrada / salida. )n el %lo!ue , se realiza la on#i+urai$n de la omuniai$n serial del Arduino UNO / del 2$dulo @luetoot*, un dato im'ortante a!u" es !ue la veloidad de transmisi$n de datos de%e ser i+ual. )n el %lo!ue 9, el vetor de 1: 'osiiones 3a / 3%, se rearon on el o%etivo de a'turar 1: muestras del 'uerto an(lo+o / 'osteriormente *aer un 'romedio / +uardarlo en las varia%les #lotantes 3x / 3/. )n el %lo!ue >, se a'lia la euai$n de nuestro 4uente de E*eatstone, donde los voltaes de las terminales FGH / FH se
Distancia = 0.! ) 1.24*3+Vo $ 0.0012+Vo2 Masa = ,.*1 ) 3*.*4+Distancia ) *.4+Distancia2
m/Serial.'rintlnF2asaH dela J::
FIN
+igura 6$ Dia+rama de #luo del sistema virtual 'ara medir masa.
4or Kltimo, en la 8ase > 1Inter!az *irtual3, se dise7$ una inter#az virtual, la ual se im'lement$ en A'' Inventor. La inter#az se muestra en la 8i+. J.
9 Universidad de los Llanos. Sarmiento Alexandra, Doza Daniel. Sensores Resistivos.
+igura ;$ 4olarizai$n del 'oteni$metro rotatorio.
La 8ase 9 10igitalización de la %eñal3 , se desarroll$ en la tareta Arduino UNO. Se im'lement$ un al+oritmo 'ara la di+italizai$n / uanti#iai$n la se7al anal$+ia de nuestros sensores. )l dia+rama de #luo de nuestro al+oritmo se muestra en la 8i+. .
+igura 7$ Inter#az +r(#ia en A'' Inventor.
I-%.&U)E-./ *I&.UL 0E #/%I2I8- 0E U/9:E./ 9I0I)E-%I/-L 4ara la im'lementai$n del instrumento virtual de 'osii$n de un o%eto %idimensional, los materiales !ue se utilizaron #ueron
4oteni$metros rotativos de un valor nominal de 1:;< Ta%la de JxJ m 8uente de Alimentai$n de Jv um'ers 2a*o B 2a*o Tareta Arduino Uno 4roto%oard
4or lo tanto 'ara el desarrollo de la 8ase 1 12aracterización del %ensor3, se utilizaron dos 'oteni$metros rotativos de un valor nominal de 1:;<. Cada uno se 'olariz$ on Jv. Lue+o, la salida se envi$ al 'uerto an(lo+o del Arduino / se realizaron mediiones de valor del an(lo+o vs. +rados de des'lazamiento. La 8ase 1dquisición de la %eñal3, onsisti$ en 'olarizar ada sensor de la si+uiente manera )l 'in 1 se onet$ a J voltios, el 'in se onet$ a 5ND / 'or Kltimo, el 'in 9 al 'uerto an(lo+o del Arduino UNO. La salida de ada sensor nos arroa%a un voltae entre : / J voltios, el ual de'end"a del des'lazamiento !ue realizara la 'erilla de nuestros sensores rotatorios0 omo se o%serva en la 8i+. .
)n la %lo!ue 1, se da iniio a nuestro 'ro+rama. Se delaran las varia%les de entrada / salida. )n el %lo!ue , se realiza la on#i+urai$n de la omuniai$n serial del Arduino UNO. )n el %lo!ue 9, el vetor de 1: 'osiiones 3a / 3%, se rearon on el o%etivo de a'turar 1: muestras del 'uerto an(lo+o del Arduino UNO. )n el %lo!ue >, se *ae un 'romedio on los valores almaenados en los vetores 3a / 3% / lue+o son +uardados en las varia%les #lotantes 3x / 3/. )n el %lo!ue J, oloamos las euaiones !ue o%tuvimos al a'liar re+resi$n K%ia, esta se o%tuvo de la relai$n valor del an(lo+o on res'eto a los +rados de des'lazamiento de la 'erilla del 'oteni$metro rotatorio. 8inalmente, en el %lo!ue , se im'rime el resultado, los uales son visualizados en una inter#az !ue se desarroll$ en 4roessin+.
> Universidad de los Llanos. Sarmiento Alexandra, Doza Daniel. Sensores Resistivos. INICIO
Variables de Entrada
int Va[10] foat Vx = 0.0 int Vb[10] foat Vy = 0.0 int i = 0 Variables de Salida
foat -x = 0.0 foat -y = 0.0
Serial.begin (!00"
Va[i] = analog%ea& ('0" Vb[i] = analog%ea& ('1"
+igura <$ Inter#az +r(#ia en 4roessin+.
III. R)SULTADOS Los resultados o%tenidos de
I3. ANALISIS D) R)SULTADOS
Vx = Va[i]10 Vy = Vb[i]10
-x = 12.23,$2.!1+Vx$0.01+Vx2)0.0002+Vx3 -y = 12.!$2.2,1+Vy$0.01!3+Vy3)0.00023+Vy3
3. CONCLUSION)S 'rintlnF)e xP 4xH rintln ) e P 4
FIN
+igura <$ Dia+rama de #luo del sistema virtual de 'osii$n de un o%eto %idimensional.
4or Kltimo, en la 8ase > 1Inter!az *irtual3, se dise7$ una inter#az virtual, la ual se im'lement$ en 4roessin+. La inter#az se muestra en la 8i+. M.
1. R)8)R)NCIAS 1- 4allas Aren/, Ram$n F::>H. “Sensores Acondicionadores de Señal”. 2&xio 2arom%o S.A.
y
#rimer $ utor, Leidy le=andra %armiento /rtiz. )studiante del 4ro+rama de In+enier"a )letr$nia, Universidad de los Llanos, 3illavienio, )mail leid/.sarmientounillanos.edu.o %egundo 9$ utor, 0aniel ndr>s 0oza 2(avita. )studiante del 4ro+rama de In+enier"a )letr$nia, Universidad de los Llanos, 3illavienio, )mail danielandresdoza*otmail.om
