8-12-2015
Catedrático Ing.: Gabriela Carranza Clase: Introducción a la ingeniería Alumnos: Nery Alumnos: Nery Maradiaga
Introducción Arduino: es una plataforma de hardware de código abierto, basada en una sencilla placa
con entradas y salidas, analógicas y digitales, en un entorno de desarrollo que está basado en el lenguaje de programación Processing. 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. En esta práctica aprendimos una las utilidades que puede tener un sensor ultrasonidos, y como aplicarlo con el uso de un micro controlador Arduino. En concreto, vamos a conectar nuestro sensor de ultrasonidos hc-sr04 para que mida distancia, y mande señal sonora y de luz para avisar una proximidad de un objeto o una pared
INFORME DE OPERACIÓN Y FUNCIONAMIENTO DEL SENSOR ULTRASONICO HC-SR04 El sensor de ultrasonidos se enmarca dentro de los sensores para medir distancias o superar obstáculos, entre otras posibles funciones. El concepto básico, es siempre el mismo, sabiendo a qué velocidad viaja el sonido, si emitimos un pulso sónico corto y escuchamos cuanto tiempo tarda en regresar el eco podemos calcular la distancia a la que se encuentra el objeto en el que ha rebotado la señal. En este caso vamos a utilizarlo para la medición de distancias. Esto lo consigue enviando un ultrasonido (inaudible para el oído humano por su alta frecuencia) a través de uno de la pareja de cilindros que compone el sensor (un transductor) y espera a que dicho sonido rebote sobre un objeto y vuelva, Este sensor en concreto tiene un rango de distancias sensible entre 3cm y 3m con una precisión de 3mm. Lo que haremos en este proyecto es utilizar un sensor de distancia sencillo HC-SR04 (y muy parecido a los sensores de aparcamiento de los coches modernos), que nos permite enviar estos pulsos ultrasónicos y escuchar el eco de retorno. Midiendo este tiempo, podemos calcular la distancia hasta el obstáculo.
El radar funciona de modo similar aunque usando ondas de radio frecuencia muy cortas y con una problemática propia descomunal. Un pulso de radiofrecuencia se emite desde la antena y se recoge el eco que vuelve a la velocidad de la luz . El oído humano no percibe sonidos por encima de 20kHz. Por eso, a las ondas de mayor frecuencia las llamamos ultrasonidos ( mas allá del sonido). Los sensores de ultrasonidos funcionan sobre los 40 kHz. No son perfectos, les influye la temperatura ambiente, la humedad y los materiales en los que reflejan, lo que genera una cierta incertidumbre. Pero a cambio son baratos y efectivos hasta un poco más de 3 metros en condiciones normales si la precisión no es un problema determinante
¿Qué señal recibimos del sensor?
El tiempo que transcurre entre el envío y la recepción del ultrasonido detecta objetos mediante la emisión de una ráfaga ultrasónica y luego "escucha" el eco de retorno. Bajo el control de un microcontrolador, el cual debe enviar un pulso corto de disparo, el sensor emite una corta ráfaga ultrasónica a una frecuencia de 40 KHz. La ráfaga viaja a través del aire, choca con un objeto y luego rebota hacia el sensor. El sensor PING provee un pulso de salida al microcontrolador, que inicia cuando la ráfaga es enviada y termina cuando el eco es detectado, de ahí que la longitud del pulso corresponda con la distancia al objeto.
¿Cómo se traduce dicho tiempo en distancia?
Aprovechando que la velocidad de dicho ultrasonido en el aire es de valor 340 m/s, o 0,034 cm/microseg (ya que trabajaremos con centímetros y microsegundos). Para calcular la distancia, recordaremos que v=d/t (definición de velocidad: distancia recorrida en un determinado tiempo). De la fórmula anterior despejamos d, obteniendo d= v·t, siendo v la constante anteriormente citada y t el valor devuelto por el sensor a la placa Arduino. También habrá que dividir el resultado entre 2 dado que el tiempo recibido es el tiempo de ida y vuelta. Materiales.
Buzzer Led indicador Resistencia de 320 homios Sensor ultrasonidos HC-SR04 de Electrohobby Placa Arduino UNO Cables Cable USB Protoboard (3.3cmX3.4cm) Conexiones
El sensor consta de 4 pines: "VCC" conectado a la salida de 5V de la placa, "Trig" conectado al pin 7 digital de la placa encargado de enviar el pulso ultrasónico, "Echo" al pin 6 de entrada digital que recibirá el eco de dicho pulso y "GND" a tierra. El pin 13 es la salida de la tarjeta de arduino el cual nos manda activar la alarma sonora (Buffer) y visual (Led) FUNCIONAMIENTO El siguiente circuito funciona bajo el principio de detectar un obstáculo por medio de un sensor ultrasónico (HC-SR04) conectado en una placa arduino la cual fue programada en el cual el programa a 20 a 10cm nos activa el buzzer y el led en forma intermitente. De 10 a 1 cm la alarma se activa permanentemente indicándonos de forma auditiva y visible que estamos muy cerca de un obstáculo esta señal es emitida por la led y buzzer.
BUZZER En este sencillo tutorial Arduino UNO, vamos a utilizar un simple transductor piezoeléctrico para crear algunos pitidos. Transductores piezoeléctricos son similares a los oradores en que un voltaje aplicado hace que el cristal piezoeléctrico para mover y hacer un sonido. Con el fin de obtener un tono de una onda cuadrada se debe aplicar por lo general en el rango de 20 Hz a 20 kHz.
LED LED, light-emitting d iode: ‘diodo emisor de luz’; el plural aceptado por la RAE esledes )
es un componente optoelectrónica pasivo y, más concretamente, un diodo que emite luz.
RESISTENCIA Se le denomina resistencia eléctrica a la igualdad de oposición que tienen los electrones al moverse a través de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (Ω), en honor al físico alemán Georg Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre.
SENSOR ULTRASONICO HC-SR04 El sensor de ultrasonidos se enmarca dentro de los sensores para medir distancias o superar obstáculos, entre otras posibles funciones. En este caso vamos a utilizarlo para la medición de distancias. Esto lo consigue enviando un ultrasonido (inaudible para el oído humano por su alta frecuencia) a través de uno de la pareja de cilindros que compone el sensor (un transductor) y espera a que dicho sonido rebote sobre un objeto y vuelva, retorno captado por el otro cilindro. Este sensor en concreto tiene un rango de distancias sensible entre 3cm y 3m con una precisión de 3mm.
PLACA ARDUINO UNO Arduino Uno es una placa electrónica basada en el microcontrolador ATmega328. Cuenta con 14 entradas/salidas digitales, de las cuales 6 se pueden utilizar como salidas PWM (Modulación por ancho de pulsos) y otras 6 son entradas analógicas. Además, incluye un resonador cerámico de 16 MHz, un conector USB, un conector de alimentación, una cabecera ICSP y un botón de reseteado. La placa incluye todo lo necesario para que el microcontrolador haga su trabajo, basta conectarla a un ordenador con un cable USB o a la corriente eléctrica a través de un transformador.
CABLES O JUMPERS PARA PROTOBOAR Estos cables son ideales para realizar las primeras prácticas con arduino y microcontroladores, sin embargo, para circuitos complejos pueden no ser tan convenientes, en este caso recomendamos nuestro juego de alambres listos para utilizarse en el protoboard.
PROTOBOARD Una placa de pruebas (en inglés: protoboard o breadboard ) es un tablero con orificios que se encuentran conectados eléctricamente entre sí de manera interna, habitualmente siguiendo patrones de líneas, en el cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para el armado y prototipado de circuitos electrónicos y sistemas similares. Está hecho de dos materiales, un aislante, generalmente un plástico, y un conductor que conecta los diversos orificios entre sí. Uno de sus usos principales es la creación y comprobación de prototipos de circuitos electrónicos antes de llegar a la impresión mecánica del circuito en sistemas de producción comercial.
CABLE USB Este es un cable estándar USB 2.0 usa el conector más común A a B macho macho para todo tipo de periféricos. Compatible con la mayoría de las tablillas Arduino como Arduino Mega, Romeo, Arduino Duemilanove y Arduino UNO.
PROGRAMA
#define Pecho 6 #define Ptrig 7 long duracion, distancia;
void setup() { Serial.begin (9600);
// inicializa el puerto seria a 9600 baudios
pinMode(Pecho, INPUT);
// define el pin 6 como entrada (echo)
pinMode(Ptrig, OUTPUT); // define el pin 7 como salida (triger) pinMode(13, OUTPUT); }
void loop() {
// Define el pin 13 como salida
digitalWrite(Ptrig, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(Ptrig, HIGH); // genera el pulso de triger por 10ms delayMicroseconds(10); digitalWrite(Ptrig, LOW);
duracion = pulseIn(Pecho, HIGH); distancia = (duracion/2) / 29;
// calcula la distancia en centimetros
if (distancia >= 500 || distancia <= 0){ // si la distancia es mayor a 500cm o menor a 0cm Serial.println("---");
// no mide nada
} else { Serial.print(distancia);
// envia el valor de la distancia por el puerto serial
Serial.println("cm");
// le coloca a la distancia los centimetros "cm"
digitalWrite(13, LOW);
// en bajo el pin 13
}
if (distancia <= 20 && distancia >= 10) //para que parpadee al yegar a esta distancia (else if = ''si,no" se cumple lo anterior deve de c umplirse este es una condicion { digitalWrite(13,HIGH); delay(500); digitalWrite(13,LOW); delay(500);
}
else if (distancia <= 10 && distancia >= 1){
digitalWrite(13, HIGH);
// en alto el pin 13 si la distancia es menor a 10cm
Serial.println("Alarma.......");
// envia la palabra Alarma por el puerto serial
} delay(400); }
// espera 400ms para que se logre ver la distancia en la consola
Conclusión Utilizar el sensor HC-SR04 y arduino es bastante sencillo. Con el uso de internet y libros se facilita en gran medida el desarrollo de aplicaciones. Sin embargo, podemos desarrollar también nuestro propio código que optimice el uso del tiempo del CPU, utilizando incluso interrupciones y eventos
