Sensor Infrarrojo

Instituto Tecnológico Superior Progreso Organismo Descentralizado del Gobierno del Estado CLAVE 31EIT004Q

Licenciatura en Informática 6° Semestre Taller de Investigación II

Profe. MSC. Roberto Couoh Alumno:

Poot Alvarado Moises Santiago

Elaboración de la propuesta de investigación

Progreso, Yucatán a viernes 30 de marzo del 2012

Instituto Tecnológico Superior Progreso

INDICE Sensor infrarrojo Área problemática/Contexto de la investigación……………………. 3 Hipótesis………………………………………………………………..

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Marco teórico …………………………………………………………. .. .4 Circuitos eléctricos…………………………………………….…. 4 Sensores……………………………………… ….……………… 5 Radiación infrarroja …………………………………………….. . 6 Sensores infrarrojos…………………………………………….. …7 Comunicación……………………………………………………… 8 Redes inalámbricas ………………………………………………. 8 Comunicaciones inalámbricas…………………………………..... 9 Tarjetas fenólicas………………………………………………….

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Objetivo ……………………………………………………………………. 10 Objetivos específicos……………………………………………… 10 Justificación……………………………………………………………….. 10 Metodología……………………………………………………………….. 10

Referencias preliminares ………………………………………………….12 Cronograma……………………………………………………………….. 13

Br. Moises Santiago Poot Alvarado

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Sensor Infrarrojo Introduccion La presente investigación se realiza con la finalidad de desarrollar un proyecto el cual se basa en la creación de un sensor infrarrojo que nos permita entender el funcionamiento básico de la comunicación inalámbrica a través de señales infrarrojas. Debido a lo mencionado anteriormente en el transcurso de la planificación del sensor, se conocerá el funcionamiento de los diversos dispositivos que integran la electrónica y a diseñar circuitos electrónicos por lo que se requiere también el conocimiento de áreas como redes inalámbricas, electricidad y teoría de la computación para realizar este proyecto sin dificultad.

Área problemática/Contexto de la investigación Esta investigación no se trata de algún problema sino que se trata de la elaboración de un dispositivo que necesita del desarrollo de circuitos electrónicos, los cuales van hacerse para la materia de comunicaciones inalámbricas I de la licenciatura de informática de 8° semestre. Este trabajo se desarrollará a través de practicas, las cuales se van a estar llevando acabo a lo largo del semestre, para que posteriormente se unifiquen los módulos que se crearon, es por ello que se debe extraer de otras fuentes ajenas a la asignatura información que ayude a realizar el proyecto. A través de esta investigación se conocerá que tan difícil puede ser el estar trabajando con circuitos electrónicos, a pesar de que la licenciatura en informática no conoce mucho acerca del tema y por ello será un reto llevar acabo este proyecto.

Hipótesis Elaborando un sensor infrarrojo nos permitirá entender el funcionamiento de la comunicación inalámbrica a través de señales infrarrojas. Variable independiente

Elaborando un sensor infrarrojo. Variable dependiente

Entender el funcionamiento de la comunicación inalámbrica a través de señales infrarrojas.


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Marco teórico Circuitos eléctricos

El circuito eléctrico es el recorrido prestablecido por el que se desplazan las cargas eléctricas. Las cargas eléctricas que constituyen una corriente eléctrica pasan de un punto que tiene mayor potencial eléctrico a otro que tiene un potencial inferior. Para mantener permanentemente esa diferencia de potencial, llamada también voltaje o tensión entre los extremos de un conductor, se necesita un dispositivo llamado generador (pilas, baterías, dinamos, alternadores...) que tome las cargas que llegan a un extremo y las impulse hasta el otro. El flujo de cargas eléctricas por un conductor constituye una corriente eléctrica. Se distinguen dos tipos de corrientes: Corriente continua: Es aquella corriente en donde los electrones circulan en la misma cantidad y sentido, es decir, que fluye en una misma dirección. Su polaridad es invariable y hace que fluya una corriente de amplitud relativamente constante a través de una carga. A este tipo de corriente se le conoce como corriente continua (cc) o corriente directa (cd), y es generada por una pila o batería. Este tipo de corriente es muy utilizada en los aparatos electrónicos portátiles que requieren de un voltaje relativamente pequeño. Generalmente estos aparatos no pueden tener cambios de polaridad, ya que puede acarrear daños irreversibles en el equipo. Corriente alterna: La corriente alterna es aquella que circula durante un tiempo en un sentido y después en sentido opuesto, volviéndose a repetir el mismo proceso en forma constante. Su polaridad se invierte periódicamente, haciendo que la corriente fluya alternativamente en una dirección y luego en la otra. Se conoce en castellano por la abreviación CA y en inglés por la de AC. Este tipo de corriente es la que nos llega a nuestras casas y sin ella no podríamos utilizar nuestros artefactos eléctricos y no tendríamos iluminación en nuestros hogares. Este tipo de corriente puede ser generada por un alternador o dinamo, la cual convierten energía mecánica en eléctrica. El mecanismo que lo constituye es un elemento giratorio llamado rotor, accionado por una turbina el cual al girar en el interior de un campo magnético (masa), induce en sus terminales de salida un determinado voltaje. A este tipo de corriente se le conoce como corriente alterna (a). La intensidad del flujo de los electrones de una corriente eléctrica que circula por un circuito cerrado depende fundamentalmente de la tensión o voltaje (V) que se aplique y de la Br. Moises Santiago Poot Alvarado

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Instituto Tecnológico Superior Progreso resistencia (R) en ohm1 que ofrezca al paso de esa corriente la carga o consumidor conectado al circuito. Si una carga ofrece poca resistencia al paso de la corriente, la cantidad de electrones que circulen por el circuito será mayor en comparación con otra carga que ofrezca mayor resistencia y obstaculice más el paso de los electrones. Por tanto, definimos la intensidad de corriente eléctrica, como la cantidad de carga eléctrica que circula por una sección de un conductor en la unidad de tiempo. La intensidad de la corriente eléctrica se designa con la letra I y su unidad de medida en el sistema internacional, es el Amper 2 que se identifica con la letra A. De acuerdo con la ley de ohm, la corriente eléctrica en Amper que circula por un circuito estrechamente relacionada con el voltaje o tensión y la resistencia ohm de la carga o consumidor conectado al circuito. La resistencia de un material es una medida que indica la facilidad con que una corriente eléctrica puede fluir a través de él. La resistencia de un conductor es directamente proporcional a la longitud e inversamente proporcional a su sección y varia con la temperatura. La asociación de resistencias son dos: A) Serie: es cuando las resistencias están una detrás de otra. La intensidad en cada resistencia son iguales. B) Paralelo: es cuando las entradas de cada resistencia están conectadas a un mismo punto y las de salida en otro. El voltaje de cada resistencia es igual al de la Vcc. Sensores

Los sensores son dispositivos electrónicos con la capacidad de detectar la variación de una magnitud física tales como temperatura, iluminación, movimiento y presión; y de convertir el valor de ésta, en una señal eléctrica ya sea analógica o digital. Un sensor es un elemento idóneo para tomar, percibir o sensar una señal física proveniente del medio ambiente y convertirla en una señal de naturaleza transducible. Un sensor o captador convierte las variaciones de una magnitud física ( propiedad de un objeto físico al que se le pueden asignar distintos valores como resultado de una medición cuantitativa ) en variaciones de una magnitud eléctrica (son las magnitudes que nos sirven para estudiar el funcionamiento de los circuitos ). Estos elementos tienen un significado muy profundo: la ampliación de los sentidos para adquirir un conocimiento de cantidades físicas, que por su naturaleza o tamaño, no pueden ser percibidas. Los sentidos en los seres humanos tienen un papel muy importante, ya que están encargados de ayudarnos a tomar decisiones a las respuestas de los estímulos del medio ambiente. Éstos 1

Es la resistencia eléctrica que existe entre dos puntos de un conductor cuando una diferencia de potencial constante de 1 volt aplicada entre dos puntos produce, en dicho conductor, una corriente de intensidad 1 ampere cuando no haya fuerza electromotriz en el conductor. 2 Intensidad de una corriente constante que manteniéndose en dos conductores paralelos, situados a una distancia de un -7 metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2x10 newton por metro de longitud.


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Instituto Tecnológico Superior Progreso tienen el papel de transmitir al cerebro, que condiciones pueden afectar nuestro cuerpo y poder tener control sobre el comportamiento normal de los órganos para que el sistema humano funcione adecuadamente. Un sensor tiene las siguientes características: 1. Convierte una variable física (por ejemplo, temperatura, distancia, presión) en otra variable diferente, generalmente en una señal eléctrica. 2. Son codificadores (Encoders), efectores, convertidores, detectores, transductores e iniciadores. 3. No siempre generan una señal eléctrica. Ejemplo. Los finales de carrera neumáticos, generan cambios de presión. 4. Funcionan con contacto físico y sin contacto físico. Ejemplos, finales de carrera 3, sensores de fuerza(contacto físico), barreras fotoeléctricas, barreras de aire, detectores de infrarrojos, sensores de reflexión ultrasónicos, sensores magnéticos(sin contacto físico). 5. En procesos controlados, son “preceptores” que supervisan un proceso, indicando los

errores, recogiendo los estados y transmitiendo esta información a los demás componentes del proceso. Radiación infrarroja

La radiación infrarroja (IR) es un tipo de radiación electromagnética. La "luz" infrarroja tiene una longitud de onda más larga que la luz visible. La luz roja tiene una longitud de onda más larga que la de los demás colores de la luz; la luz infrarroja tiene una longitud de onda aún mayor que la roja, de manera que la luz infrarroja es una especie de luz "más roja que roja" o luz "más allá del color rojo". La radiación infrarroja no se puede ver pero algunas veces la podemos sentir en forma de calor. La radiación infrarroja se encuentra entre la luz visible y las ondas de radio del espectro electromagnético. La radiación infrarroja (IR) tiene longitudes de ondas entre 1 milímetro y 750 nanómetros. La longitud de onda de la luz roja tiene 700 nanómetros (o 7 000 Å). La radiación infrarroja oscila con frecuencias entre 300 giga Hertz (GHz ó 10 9 Hertz) y 400 Tera Hertz (THz ó 1012 Hertz). El espectro infrarrojo se puede subdividir en infrarrojo lejano (1 mm a 10 µm longitud de onda), infrarrojo medio (10 a 2.5 µm longitud de onda), y casi infrarrojo (2 500 a 750 nm longitud de onda). La porción del IR lejano que incluye la longitudes de onda entre 100 y 1 000 µm, es algunas veces conocida como infrarrojo extremo. Las fronteras no siempre son obvias, y las diferencias entre la IR extrema y las frecuencias de radio de microondas son poco obvias.

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Interruptores que detectan la posición de un elemento móvil mediante accionamiento mecánico.


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Instituto Tecnológico Superior Progreso Podemos sentir el calor de la radiación infrarroja. El calor que sienten nuestras manos cuando las colocamos cerca de la hornilla de una cocina, una vez que se ha apagado la hornilla (y ya no está al rojo vivo) y que aún no está completamente fría es, radiación infrarroja. La atmósfera de la Tierra es opaca en gran parte debido a la parte infrarroja del espectro. El vapor de agua, dióxido de carbono, metano y otros gases invernaderos tienden a absorber la radiación infrarroja (IR), atrapando calor adicional en la atmósfera inferior de la Tierra. Los lentes de visión nocturna, así como el control remoto de una TV usan "luz" infrarroja para poder funcionar. Sensores infrarrojos

Los sensores infrarrojos, que además de ser útiles para medir temperatura y detectar objetos calientes, nos permiten visión nocturna y la posibilidad de atravesar algunos objetos opacos para la luz visible. Estos sensores poseen multitud de aplicaciones como por ejemplo, vigilancia de objetos y personas, medida de temperaturas remotas en aplicaciones industriales, detección de fugas de calor, monitorización y detección de incendios, y diferentes aplicaciones científicas y médicas. La banda del infrarrojo va desde los 0.75 hasta los 1000 um (nanómetros), y podemos diferenciar las siguientes bandas: - IR cercano: 0.75 a 3um. - IR medio: 3 a 6um. - IR lejano: 6 a 15um. - IR extremo: 15 a 1000um. El sensor infrarrojo se basa en la emisión de cuerpo negro ideal, es decir, un cuerpo que absorbe y remite toda la radiación incidente, independientemente de la longitud de onda que sea. Ya que esta situación es ideal, se trabaja con una aproximación de cuerpo negro, donde la radiación incidente no sólo se absorbe, también se refleja y se transmite

Donde Alpha indica la reflectancia, rho la absorción y tau la transmitancia del objeto. Por ejemplo, un espejo perfecto posee un factor de absorción igual a uno, ya que refleja toda la radiación incidente, mientras que un cuerpo opaco no tiene transmitancia y toda la radiación bien se absorbe o se refleja. Br. Moises Santiago Poot Alvarado

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Instituto Tecnológico Superior Progreso Existen varios tipos de detectores infrarrojos. El más común es el térmico, que se basa en que la radiación se transforma en calor. También existen los detectores cuánticos, que aplican que la radiación cambia el estado cuántico del material. Ambos detectores suelen necesitar refrigeración para mejorar la relación señal ruido y obtener mejores resultados. Por otro lado tenemos las cámaras infrarrojas, que utilizan matrices de detectores para obtener la imagen (existe una relación lineal entre la salida del detector y el valor de pixel), los pirómetros4 que ofrecen una medida puntual y los escáneres de línea, que obtienen la medida de una línea del campo de visión y completan la imagen con un barrido en el tiempo. En función de la aplicación, se distingue entre cámaras termográficas, pensadas para medir temperatura, y cámaras térmicas, pensadas para un estudio cualitativo, donde es importante la resolución y el contraste pero no tanto la precisión. Los rangos de estas cámaras van desde los 3-5 um para temperaturas entre 600-1000 grados Centígrados (detección temprana de incendios) y los 8-12 um para la monitorización de incendios de bajo coste u objetos más fríos. Por último cabe destacar que también existen cámaras para infrarrojo reflejado. Comunicación

La comunicación es el proceso mediante el cual se puede transmitir información de una entidad a otra. Los procesos de comunicación son interacciones mediadas por signos entre al menos dos agentes que comparten un mismo repertorio de signos y tienen unas reglas semióticas5 comunes. Tradicionalmente, la comunicación se ha definido como "el intercambio de sentimientos, opiniones, o cualquier otro tipo de información mediante habla, escritura u otro tipo de señales". Todas las formas de comunicación requieren un emisor, un mensaje y un receptor destinado, pero el receptor no necesita estar presente ni consciente del intento comunicativo por parte del emisor para que el acto de comunicación se realice. En el proceso comunicativo, la información es incluida por el emisor en un paquete y canalizada hacia el receptor a través del medio. Una vez recibido, el receptor decodifica el mensaje y proporciona una respuesta. Redes inalámbricas Una red puede ser un equipo conectado a Internet, o bien dos o más equipos conectados entre sí (y también a Internet). En una red inalámbrica, los equipos se conectan mediante señales de radio en lugar de cables. Entre las ventajas de las redes inalámbricas, se 4

Instrumento de medida que es capaz de detectar temperaturas a distancia, son capaces de medir temperaturas mayores a los 500° C. 5 Tipología de los sistemas significantes realizada a partir de la formalización más o menos acabada de estructuras formales extraídas empíricamente de cada sistema.


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Instituto Tecnológico Superior Progreso encuentran la movilidad y la ausencia de cables. Las desventajas pueden ser una conexión más lenta que una red con cable y la existencia de interferencias procedentes de otros dispositivos inalámbricos, como los teléfonos inalámbricos. Comunicaciones inalámbricas

La comunicación inalámbrica o sin cables es aquella en la que extremos de la comunicación (emisor /receptor) no se encuentran unidos por un medio de propagación físico, sino que se utiliza la modulación de ondas electromagnéticas a través del espacio. En este sentido, los dispositivos físicos sólo están presentes en los emisores y receptores de la señal, entre los cuales encontramos: antenas, computadoras portátiles, PDA, teléfonos móviles, etc.1 En general, la tecnología inalámbrica utiliza ondas de radiofrecuencia de baja potencia y una banda específica, de uso libre o privada para transmitir, entre dispositivos. Estas condiciones de libertad de utilización sin necesidad de licencia, ha propiciado que el número de equipos, especialmente computadoras, que utilizan las ondas para conectarse, a través de redes inalámbricas haya crecido notablemente. Los hornos de microondas utilizan radiaciones en el espectro de 2,45 Ghz. Es por ello que las redes y teléfonos inalámbricos que utilizan el espectro de 2,4 Ghz. pueden verse afectados por la proximidad de este tipo de hornos, que pueden producir interferencias en las comunicaciones. Otras veces, este tipo de interferencias provienen de una fuente que no es accidental. Mediante el uso de un perturbador o inhibidor de señal se puede dificultar e incluso imposibilitar las comunicaciones en un determinado rango de frecuencias. Tarjetas fenólicas Un circuito impreso, tarjeta de circuito impreso o PCB , es una superficie constituida por caminos o pistas de material conductor laminadas sobre un sustrato no conductor. El circuito impreso se utiliza para conectar eléctricamente a través de los caminos conductores, y sostener mecánicamente por medio del sustrato, un conjunto de componentes electrónicos. Los caminos son generalmente de cobre mientras que el sustrato se fabrica de resinas de fibra de vidrio reforzada (la más conocida es la FR4), cerámica, plástico, teflón o polímeros como la baquelita.

La producción de los PCB y el montaje de los componentes pueden ser automatizada. Esto permite que en ambientes de producción en masa, sean más económicos y confiables que otras alternativas de montaje por ejemplo el punto a punto. En otros contextos, como la construcción de prototipos basada en ensamble manual, la escasa capacidad de modificación una vez construidos y el esfuerzo que implica la soldadura de los componentes hace que los PCB no sean una alternativa óptima. Br. Moises Santiago Poot Alvarado

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Instituto Tecnológico Superior Progreso La Organización IPC (Institute for Printed Circuits), ha generado un conjunto de estándares que regulan el diseño, ensamblado y control de calidad de los circuitos impresos, siendo la familia IPC-2220 una de las de mayor reconocimiento en la industria.

Objetivo Desarrollar un sensor infrarrojo, para entender el funcionamiento básico de la comunicación inalámbrica, a través de señales infrarrojas. Objetivos específicos

Analizar los elementos requeridos en electrónica. Determinar el funcionamiento de los circuitos eléctricos. Interpretar los diagramas electrónicos. Crear los diseños adecuados aplicándolos en las tarjetas impresas. Utilizar adecuadamente los componentes en la tarjeta fenólica de manera optima. Verificar el funcionamiento del dispositivo creado.

Justificación Esta investigación se esta realizando con el fin de que se aprenda a interpretar diagramas, a través de los circuitos eléctricos. De igual forma se esta realizando para demostrar que a pesar de que la carrera se trate de una licenciatura se puede realizar actividades que solo le competen a las ingenierías, lo que es el tema de los circuitos. Es por ello que no solo la participación de los ingenieros puede ser necesaria en trabajos de electrónica. Esta investigación se realiza para profundizar y conocer con mayor precisión todos los aspectos que se deben saber para llevar acabo la realización de los circuitos eléctricos, desde lo mas simple que es entender el concepto de circuitos y sus componentes hasta lo mas complejo que es llevarlo a cabo en el área de las comunicaciones inalámbricas.

Metodología Se utilizo el método cuantitativo ya que como se va a crear el dispositivo, en base a ello sí se podrá medir cuanto se aprendió para poder realizar los diagramas eléctricos e interpretarlos. De igual manera se podrá medir el grado de aprendizaje sobre el tema al proporcionarles un circuito y poder interpretarlo.


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Instituto Tecnológico Superior Progreso Para esta investigación se llevo acabo el método de investigación empírica ya que con lleva toda una serie de procedimientos prácticos y los medios de investigación que permiten revelar las características fundamentales y relaciones esenciales.


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Referencias preliminares http://www.solociencia.com/electronica/electronica.htm http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_fyq3/tema8/index8.htm http://www.bitsingenio.com/%C2%BFque-son-los-sensores/ http://www.windows2universe.org/physical_science/magnetism/em_infrared.html&lang= sp http://windows.microsoft.com/es-MX/windows-vista/Wireless-networking-frequentlyasked-questions http://es.wikipedia.org/wiki/Comunicaci%C3%B3n http://www.xatakaciencia.com/tecnologia/sensores-infrarrojos http://es.wikipedia.org/wiki/Comunicaci%C3%B3n_inal%C3%A1mbrica http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_impreso


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Cronograma


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Sensor Infrarrojo

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