UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE TLAXCALA Competencia: Conjunto de capacidades de una persona, q ue se refleja en conocimientos, habilidades, destreza y actitudes. Evidencia: Conjunto de pruebas que demuestran que se ha descubierto satisfactoriamente un requerimiento o un parámetro de desempeño.
Tomás Isaías Flores Portillo
Sensores y Acondicionamiento de Señales
Sensor de Humo y Simulación en LabVIEW
Adrián Corona Cuamatzi Jesús Ramos Pérez
-10 % Ortografía.
Frank Salgado López
CALIF. 9
Ángel Sánchez Jiménez
correctamente el block diagram de LabView y también
Héctor Sánchez Jiménez
omisión será penalizada..
5º
Sensor de Humo
Nota: Deben incluir una imagen donde se aprecie una imagen del panel frontal. La próxima ocasión esta
“D”
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Primeramente un sensores un dispositivo que consta de algún elemento sensible a una magnitud física —como por ejemplo la intensidad o color de la luz, temperatura, presión, magnetismo, humedad— y debe ser capaz, por su propias características, o por medio de dispositivos intermedios, de transformar esa magnitud física en un cambio eléctrico que se pueda alimentar en un circuito que la utilice directamente, o sino en una etapa previa que la condicione (amplificando, filtrando, etc.), para que finalmente se la pueda utilizar para el control del robot. En esté caso se maneja una resistencia fotoresistencia ya que se utiliza la variación de su resistencia dependiendo el paso, entre mas luz haya su resistencia disminuye por lo tanto el voltaje es alto y cuando no hay luz su resistencia aumenta y el voltaje disminuye.
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Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor. Precisión: es el error de medida máximo esperado. Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset . Linealidad o correlación lineal. Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud de salida y la variación de la magnitud de entrada. Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida. Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada. Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor. Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.
Un fotoresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia como el sulfuro de cadmio, CdS. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, losfotones son absorbidos por las elasticidades del semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar la banda de conducción. El electrón libre que resulta, y su hueco asociado, conducen la electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia. Los valores típicos varían entre 1 MΩ, o más, en la oscuridad y 100 Ω con luz brillante.
Las células de sulfuro del cadmio se basan en la capacidad del cadmio de variar su resistencia según la cantidad de luz que incide la célula. Cuanta más luz incide, más baja es la resistencia. Las células son también capaces de reaccionar a una amplia gama de frecuencias, incluyendo infrarrojo (IR), luz visible, y ultravioleta (UV). Sensor de Humo
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La variación del valor de la resistencia tiene cierto retardo, diferente si se pasa de oscuro a iluminado o de iluminado a oscuro. Esto limita a no usar los LDR en aplicaciones en las que la señal luminosa varía con rapidez. El tiempo de respuesta típico de un LDR está en el orden de una décima de segundo. Esta lentitud da ventaja en algunas aplicaciones, ya que se filtran variaciones rápidas de iluminación que podrían hacer inestable un sensor (ej. tubo fluorescente alimentado por corriente alterna). En otras aplicaciones (saber si es de día o es de noche) la lentitud de la detección no es importante. Se fabrican en diversos tipos y pueden encontrarse en muchos artículos de consumo, como por ejemplo en cámaras, medidores de luz, relojes con radio, alarmas de seguridad o sistemas de encendido y apagado del alumbrado de calles.
Un detector de humo es un aparato de seguridad que detecta la presencia de humo en el aire y emite una señal avisando del peligro de incendio. Hay varios tipos de detectores: - Los detectores iónicos: Estos se utilizan para la detección de gases y humos de combustión que no son visibles a simple vista. –Los detectores de humos: Detectan los humos visibles mediante la absorción o difusión de la luz.
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Que se conozca como actúa las Fotoresistencias. Como se conecta la Fotoresistencia a la Tarjeta de Adquisición. Como actúa la Fotoresistencia junto con el programa Labview. Realizar pruebas experimentales con la Fotoresistencia.
Una fotorresistencia es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente. Puede también ser llamado fotorresistor, fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz, cuyas siglas (LDR) se originan de su nombre en inglés light-dependent resistor. Un fotorresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por la elasticidad del semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar la banda de Sensor de Humo
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conducción. El electrón libre que resulta (y su hueco asociado) conduce electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia. Un dispositivo fotoeléctrico puede ser intrínseco o extrínseco. En dispositivos intrínsecos, los únicos electrones disponibles están en la banda de la valencia, por lo tanto el fotón debe tener bastante energía para excitar el electrón a través de toda la banda prohibida. Los dispositivos extrínsecos tienen impurezas agregadas, que tienen energía de estado a tierra más cercano a la banda de conducción puesto que los electrones no tienen que saltar lejos, los fotones más bajos de energía (es decir, de mayor longitud de onda y frecuencia más baja) son suficientes para accionar el dispositivo.
Si bien los valores que puede tomar una LDR en total oscuridad y a plena luz puede variar un poco de un modelo a otro, en general oscilan entre unos 50 a 1000 ohmios (1K) cuando están iluminadas (por ejemplo, con luz solar) y valores comprendidos entre 50K (50,000 Ohms) y varios megohmios (millones de Ohms) cuando está a oscuras. Desde el punto de vista constructivo, las LDR están fabricadas con materiales de estructura cristalina, siendo los más utilizados el sulfuro de cadmio y el seleniuro de cadmio, aprovechando sus propiedades fotoconductoras. Una cuestión a tener en cuenta cuando diseñamos circuitos que usan LDR es que su valor (en Ohmios) no variara de forma instantánea cuando se pase de estar expuesta a la luz a oscuridad, o viceversa, y el tiempo que se dura este proceso no siempre es igual si se pasa de oscuro a iluminado o si se pasa de iluminado a oscuro (se dice que muestra inercia a las variaciones de la intensidad luminosa). Igualmente, estos tiempos son cortos, generalmente del orden de una décima de segundo. Esto hace que el LDR no se pueda utilizar en algunas aplicaciones, concretamente en aquellas que necesitan de mucha exactitud en cuanto a tiempo para cambiar de y a exactitud de los valores de la fotorresistencia al estar en los mismos estados anteriores. Pero hay muchas aplicaciones en las que una fotorresistencia es muy útil. En casos en que la exactitud de los cambios no es importante como en los circuitos que veremos en este articulo. Las primer figura que ilustra esta página nos muestra el símbolo utilizado para representar las LDR en los esquemas electrónicos, aunque a veces pueden ser ligeramente diferentes pero siempre tomando como base el símbolo de una resistencia común con alguna(s) flecha(s) que simbolizan la incidencia de la luz. La figura siguiente es una imagen de uno de los tipos de LDR que existen en el mercado.
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Porque LabVIEW es una herramienta gráfica para pruebas, control y diseño mediante la programación. El lenguaje que usa se llama lenguaje G, donde la G simboliza que es lenguaje Gráfico. Los programas desarrollados con LabVIEW se llaman Instrumentos Virtuales, o VIs, y su origen provenía del control de instrumentos, aunque hoy en día se ha expandido ampliamente no sólo al control de todo tipo de electrónica (Instrumentación electrónica) sino también a su programación embebida. Entre sus objetivos están el reducir el tiempo de desarrollo de aplicaciones de todo tipo (no sólo en ámbitos de Pruebas, Control y Diseño) y el permitir la entrada a la informática a profesionales de cualquier otro campo. LabVIEW consigue combinarse con todo tipo de software y hardware, tanto del propio fabricante -tarjetas de adquisición de datos, PAC, Visión, instrumentos y otro Hardware- como de otros fabricantes.
Es usado principalmente por ingenieros y científicos para tareas como: • • •
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Adquisición de datos y análisis matemático Comunicación y control de instrumentos de cualquier fabricante Automatización industrial y programación de PACs (Controlador de Automatización Programable) Diseño de controladores: simulación, prototipaje rápido, hardware-en-el-ciclo (HIL) y validación Diseño embebido de micros y chips Control y supervisión de procesos Visión artificial y control de movimiento Robótica Domótica y redes de sensores inalámbricos
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Su principal característica es la facilidad de uso, válido para programadores profesionales como para personas con pocos conocimientos en programación pueden hacer (programas) relativamente complejos, imposibles para ellos de hacer con lenguajes tradicionales. También es muy rápido hacer programas con LabVIEW y cualquier programador, por experimentado que sea, puede beneficiarse de él. Los programas en LabVIEW son llamados instrumentos virtuales (VIs) Para los amantes de lo complejo, con LabVIEW pueden crearse programas de miles de VIs (equivalente a millones de páginas de código texto) para aplicaciones complejas, programas de automatizaciones de decenas de miles de puntos de entradas/salidas, proyectos para combinar nuevos VIs con VIs ya creados, etc. Incluso existen buenas prácticas de programación para optimizar el rendimiento y la calidad de la programación.
Como se ha dicho es una herramienta gráfica de programación, esto significa que los programas no se escriben, sino que se dibujan, facilitando su comprensión. Al tener ya prediseñados una gran cantidad de bloques, se le facilita al usuario la creación del proyecto, con lo cual en vez de estar una gran cantidad de tiempo en programar un dispositivo/bloque, se le permite invertir mucho menos tiempo y dedicarse un poco más en la interfaz gráfica y la interacción con el usuario final. Cada VI consta de dos partes diferenciadas: •
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Panel Frontal: El Panel Frontal es la interfaz con el usuario, la utilizamos para interactuar con el usuario cuando el programa se está ejecutando. Los usuarios podrán observar los datos del programa actualizados en tiempo real (como van fluyendo los datos, un ejemplo sería una calculadora, donde tu le pones las entradas, y te pone el resultado en la salida). En esta interfaz se definen los controles (los usamos como entradas, pueden ser botones, marcadores etc...) e indicadores (los usamos como salidas, pueden ser gráficas). Diagrama de Bloques: es el programa propiamente dicho, donde se define su funcionalidad, aquí se colocan íconos que realizan una determinada función y se interconectan (el código que controla el programa --. Suele haber una tercera parte icono/conector que son los medios utilizados para conectar un VI con otros VIs.--
Porque la tarjeta de adquisición de datos utiliza para su conexión al puerto USB, esté dispone de 8 salidas digitales, 8 entradas digitales, dos salidas analógicas de 10 bits y 8 entradas analógicas de 10 bits para tensiones comprendidas entre 0 V y + 5 V. El corazón del sistema es un microcontrolador USB inteligente de la casa Microchip, del tipo PIC 18F4550, programado en lenguaje C. El circuito está construido sobre una Placa de Circuito Impreso (PCI) compacta y no requiere el uso de una fuente de alimentación externa.
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1. Se conecta el circuito para el sensor de humo junto con una alarma; esté se coloca en la tarjeta de adquisición con un programa en LabVIEW. 2. También coloca la Fotoresistencia dentro de una caja negra para negar el paso de la luz. 3. El valor registrado del sensor sin humo es el valor mínimo. 4. Se agrega gradualmente el humo en la caja negra para que el voltaje de salida aumente. 5. El voltaje de salida ira aumentando poco a poco hasta tener la medición adecuada para poder encender la alarma. 6. Utiliza ahora el programa en LabVIEW, para observar de manera gráfica el aumento de voltaje hasta encender el led de la alarma. 7. En una tabla registre los datos obtenidos. 8. Aumenté la intensidad del humo y observará el cambio en el programa, registre esté nuevo dato en la tabla. 9. Realicé el paso anterior hasta alcanzar la escala máxima.
HISTORIAL DE LA PRÁCTICA Imágenes del seguimiento de la práctica.
1.- Caja negra incorporando fotoresistencia y led.
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2.-Fotoresistencia con Tarjeta de adquisición.
3.-Se muestra que la fotoresistencia al ser expuesta a la luz su voltaje disminuye gradualmente indicando esto de igual forma en labview.
4.-Al incorporar humo dentro la caja se observa que el voltaje de la fotoresistencia aumenta y su resistencia disminuye.
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5.-Los valores del multímetro tuvieron un grado de error de programa labview.
±1
con los mostrados en el
6.- Al exceder el nivel de voltaje que se puso como limite se acciona el zumbador junto con la alarma del programa indicando niveles altos de voltaje, que indica la presencia de humo.
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En la siguiente figura se muestra como se puede controlar un sensor conectado a la tarjeta de adquisición de datos con ayuda del programa LabVIEW, mediante la conexión de una fotoresistencia y un led para obtener un cambio en la captación de luz, esté se introduce en una caja sellada de color negro por dentro, se observa que se elevaba poco a poco de acuerdo a que tanto humo se introduce en la caja , esté creció gradualmente su nivel de voltaje haciendo que la alarma suene en el programa LabVIEW de igual manera lo hace el zumbador, la alarma se acciona ya que usted le puede dar el valor requerido de voltaje para que la alarma pueda accionarse.
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Modo del circuito
Voltaje en la fotorresistencia (mV)
Con luz
0.91
Sin humo
2.19
1° con humo
4.60
2° con humo
4.89
3° con humo
5.04
4° con humo
4.79
5° con humo
4.50
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En esta práctica se observa el funcionamiento de una fotoresistencia en un circuito que nos puede ayudar a poder realizar un sensor de humo conectado a la tarjeta de adquisición ayudado con el programa de labview, pero hay que tener mucha precaución ya que al aplicar el humo no tienes que dejar que este salga ya que no se podrán tomar medidas correctamente, al ir variando un poco te darás cuenta que cuando aplicas mucho humo a la caja el voltaje de la fotoresistencia, estos sensores nos pueden ayudar a prevenir incendios en cualquier parte del hogar o hasta en la industria.
[1] Automatización y procesos industriales AUTOR: Emilio García Moreno Edición: Centro de Formación de Posgrado (CFP, CERES-UPV) [2] INTERNET www.ucontrol.com.ar/PDF/
.pdf
[3] INTERNET es.wikipedia.org/wiki/ [4] Electrónica analógica AUTOR: Ignasi Sos Bravo [5] INTERNET www.mitecnologico.com/Main/ [6] INTERNET www.
.org.uk/
-
.html
[email protected]
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