Práctica 3 - Sensores Digitales y Análogos

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Soledad Vidal Ortiz de Zárate
hace 7 años
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1 Interfaces para Sensores Práctica 3 - Sensores Digitales y Análogos El Handy Board cuenta con dos bancos para sensores: Aquí se muestran las entradas análogas, numeradas del 0 al 6 (de derecha a izquierda). A un lado tenemos las entradas digitales, numeradas de la 7 a la 15. Cada puerto para sensor cuenta con tres pines: tierra, alimentación y la línea para la señal del sensor (no todos los sensores necesitan alimentación para funcionar). La circuiteria interna dentro de estos pines es la siguiente: La línea de la señal es "levantada" (pulled up) a +5 volts con la resistencia de 47kΩ. Esta resistencia le proporciona un valor default a la línea de señal cuando no hay nada conectado. La señal resultante (Vsens) se conecta a la circuiteria interna, ya sea digital ó análoga.

Cada puerto para sensor cuenta con tres pines: tierra, alimentación y la línea para la señal del sensor (no todos los sensores necesitan alimentación para funcionar).

2 Entradas Digitales Se cuentan con puertos para 9 sensores digitales, los cuales interpretan el voltaje de entrada (Vsens) como una entrada digital (true/false): Vsens > 2.5 v La señal es 1 lógico Vsens < 2.5 v La señal es 0 lógico Para implementar un sensor digital usamos las líneas de tierra y señal. A continuación se muestra un diagrama con un ejemplo de sensor digital, y una tabla que nos muestra el resultado de usar la función digital(x) en Interactive C: Cuando el switch esta abierto no hay conexión a tierra, por lo que la resistencia de pullup proporciona el valor default de 5 volts a la circuiteria interna del Handy Board. Cuando el switch esta cerrado, el voltaje se va a tierra, por lo que se detecta un cero lógico que en realidad es interpretado como un 1 lógico (se activa en bajo). Ejemplo y ejercicio sobre sensores de contacto Los switches son sensores que nos pueden indicar el momento en que se realiza contacto físico con algún objeto como una pared, ó un obstáculo. Otro ejemplo sencillo es el pushbutton, que conecta las dos terminales cuando es presionado. Desde la línea de comando del IC verifique el correcto funcionamiento de un switch ó pushbutton.

A continuación se muestra un diagrama con un ejemplo de sensor digital, y una tabla que nos muestra el resultado de usar la función digital(x) en Interactive C: Cuando el switch esta abierto no hay

3 Entradas Análogas Las 7 entradas análogas del Handy Board las podemos utilizar para medir sensores que varían continuamente. Los valores de voltaje de entrada, de 0 a 5 volts, se convierten en un número decimal de 8 bits, representado desde el 0 hasta 255, esto gracias a una conversión automática realizada por un DAC. A continuación mostramos un ejemplo de sensor análogo, utilizando una fotoresistencia: La fotoresistencia se conecta entre la línea de señal y tierra. Esta fotoresistencia provee una resistencia variable dependiendo de la intensidad de luz que recibe, que se combina con la resistencia de pull-up de 47k para proporcionar el valor de voltaje correspondiente. El valor arrojado por este sensor puede ser verificado desde la línea de comando ó en el código de su programa con la función analog( x ) donde x es el número del puerto. Ejemplo y ejercicio con sensor de luminosidad A continuación se muestra la forma correcta de conectar una fotoresistencia. Compruebe desde la línea de comando del IC que se obtienen valores cercanos a 0 cuando el sensor esta muy iluminado, y en contra parte, valores altos (no necesariamente cercanos a 255) cuando no hay luminosidad. Si el sensor es muy sensible a la luz ambiental será conveniente montarle algún tipo de cubierta que limite la luz ambiental que recibe el sensor. Otra configuración es la conexión diferencial, donde utilizamos dos fotoresistencia para poder deducir cual de las dos esta recibiendo más luminosidad. Rphoto 2 = Rphoto 1 Vout = 2.5 v Rphoto 2 << Rphoto 1 Vout = 5v (255 análogo, y nos dice que hay más luz en R2) Rphoto 2 >> Rphoto 1 Vout = 0 v

A continuación mostramos un ejemplo de sensor análogo, utilizando una fotoresistencia: La fotoresistencia se conecta entre la línea de señal y tierra.

4 Optosensor Reflectivo Este es otro tipo de sensor análogo muy usado, cuenta con su propia fuente de luz (LED emisor), y un detector de luz (fotodiodo ó fototransistor). Los sensores comerciales utilizan luz infrarroja en el transmisor, y proporcionan un filtro en el receptor para dejar pasar las señales infrarrojas y bloquear la luz ambiental. Su funcionamiento es sencillo: la luz infrarroja es emitida, es reflejada en una superficie y el detector toma la medición de la intensidad de luz infrarroja reflejada. Diferentes usos Detector de obstáculos. Podemos utilizar este sensor para verificar la presencia de algún objeto ó de una pared en el área de trabajo del sensor. También podemos interpretar la información de la señal reflejada para definir la distancia a la cuál se encuentra el objeto que refleja la luz. Detección de formas en la superficie. Es muy utilizado en el caso en que se tenga que detectar una marca en el piso, por ejemplo una línea pintada o construida con cinta de aislar, etc. Una actividad muy típica de un robot es la de seguir una línea negra en el piso. Encodificadores. Podemos utilizarlo en conjunto con una rueda encodificadora para obtener mediciones como la velocidad y la posición angular. Un ejemplo bastante representativo de este uso es el mouse de la computadora, que utiliza dos encoders con sus respectivos emisor y detector de infrarrojo, para determinar la posición y movimiento del mouse. Es mejor que usar una fotoresistencia?. Resulta más sencillo trabajar con fotoresistencias, sin embargo, su tiempo de respuesta es muy lento comparado con el de un fotodiodo ó un fototransistor, que son usados cuando se necesita un rápido tiempo de respuesta, como en los encoders, y adicionalmente estos dispositivos son más sensibles a pequeñas cantidades de luz.

Su funcionamiento es sencillo: la luz infrarroja es emitida, es reflejada en una superficie y el detector toma la medición de la intensidad de luz infrarroja reflejada.

5 Interfaces con el Handy Board El LED emisor es conectado a 5 volts, mediante una resistencia para limitar la corriente y evita quemar el LED (el valor de la resistencia puede variar, de 220 a 470Ω, dependiendo de que tanto brillo se requiera en el LED emisor). Por otro lado, el LED detector es conectado entre la línea de señal y tierra (verifique que estas conexiones no se encuentren invertidas). Realice las conexiones necesarias y tome mediciones con este sensor. Compruebe las variaciones en la medición al cambiar la distancia de un objeto que se encuentre enfrente del sensor. Ejercicio - Afecta la luz ambiental? Podremos saber la diferencia entre una fuerte señal reflejada ó simplemente un aumento en la luz ambiental a la que esta expuesta el robot?; para evitar este tipo de problemas es conveniente tomar dos mediciones, una con el LED emisor prendido y luego con el emisor apagado, esto con la idea de substraer los niveles de luz ambiental y obtener la medición sólo del sensor. Podemos cambiar la conexión del LED emisor y utilizar el puerto D del Handy Board para lograr el prendido y apagado del LED realizando un cambio en el registro DDRD ( Data Direction register for port D).

Por otro lado, el LED detector es conectado entre la línea de señal y tierra (verifique que estas conexiones no se encuentren invertidas).

6 Pruebe el funcionamiento de la siguiente función: void lectura(int port) { int dark, light, resultado; /* variables locales*/ bit_set(0x1009, 0b );/* definir D2 como salida digital*/ while(!stop_button()){ dark= analog(port); /* lectura con led ir apagado (ambiente) */ bit_set(0x1008, 0b ); /* prender led */ light= analog(port); /* lectura con led ir prendido */ bit_clear(0x1008, 0b ); /* apagar led */ resultado=dark - light; /*dark da un valor alto, que significa poca interferencia*/ if(resultado>150){beep();} printf ("lectura=%d\n", resultado); sleep(0.5);} } Observe las variaciones que muestra esta función al acercar y alejar objetos, así como el resultado al tratar de reflejar la señal en superficies de color negro. Muestre los resultados al instructor y explique el funcionamiento del código. Aplicaciones Con la información de esta práctica y un robot móvil básico podemos realizar algoritmos sencillos para realizar proyectos sencillos, tales como: *Robot seguidor de una fuente luminosa Gracias al uso de fotoresistencias (de preferencia utilizar 2), podemos construir un robot capaz de seguir una fuente luminosa. Podemos utilizar la medición de las fotoresistencias para tomar las decisiones de movimiento de los motores, y de esta manera tratar de avanzar hacia la luz luminosa ó tomar una acción de control en caso de que la fuente de luz se mueva de posición. *Robot seguidor de una línea negra en el piso Usando emisor y receptor de luz infrarroja (optosensor reflectivo) y tomando en cuenta la propiedad de los cuerpos oscuros para reflejar la luz, podemos construir un robot capaz de seguir una cinta o marca negra en el piso. El robot avanzará cuando reciba una medición que indique que esta sobre la línea negra, y tomará una acción de control cuando la medición cambie drásticamente al salirse de la línea. ************************************************************************ Imágenes obtenidas del manual "The Handy Board Technical Reference" y otras son Copyright de Prentice Hall.

$0b00000100); /* apagar led */ resultado=dark - light; /*dark da un valor alto, que significa poca interferencia*/ if(resultado>150){beep();} printf ("lectura=%d\n", resultado); sleep(0.$

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