SEA: Bloque I: INSTRUMENTACIÓN APLICACIÓN SENSORES

Transcripción

1 SEA: Bloque I: INSTRUMENTACIÓN APLICACIÓN SENSORES Autores: Guillermo Cubero Valera José Gregorio Garre Martínez Rafael Rico Limorti Cristina Lucia Ibeas González Iban Martínez Echevarría Sonia Sánchez del Rey

2 SISTEMA GUIADO DE PLAZAS: SENSORES ULTRASONIDOS APLICACIÓN: El sistema de gestión de plazas disponibles consiste en controlar las plazas de vehículos de un parking. Para ello se basa en un sistema de sensores ultrasonidos, que para mas visibilidad puede instalarse como indicador luminoso. Cuando una plaza libre indicada por el color verde del sensor de ultrasonidos, éste detecta el vehículo y el indicador luminoso cambia a color rojo, indicando que la plaza está ocupada. SENSOR ULTRASONICO: El funcionamiento consta de un receptor que emite un pulso de ultrasonido que rebota sobre un determinado objeto y la reflexión de ese pulso es detectada por un receptor de ultrasonidos. Midiendo el tiempo que transcurre entre la emisión del sonido y la percepción del eco se puede establecer la distancia a la que se encuentra el obstáculo que ha producido la reflexión de la onda sonora, mediante la fórmula: V es la velocidad del sonido en el aire y t es el tiempo transcurrido entre la emisión y recepción del pulso Circuito electrónico DPLP transmisor Véase a continuación una extensión detallada del sensor. receptor

3 APLICACIÓN PRÁCTICA: SISTEMA GUIADO DE PLAZAS INTRODUCCIÓN El sistema de gestión de plazas disponibles tiene como principal cometido controlar las plazas de vehículos de un parking. Para ello se apoya en un sistema de sensores de detección del estado de ocupación de las plazas mediante ultrasonidos. Si por circunstancia de ubicación el sensor queda oculto a la visión de la persona que desea aparcar con su vehículo, se puede instalar un indicador luminoso. Para mejorar el rendimiento de la línea de comunicaciones entre los sensores y el ordenador de monitorización, se utiliza el amplificador regenerador cada 30 sensores, permitiendo de este forma aumentar la distancia del cableado y el número de sensores de la instalación. Cuando un vehículo entra en el parking se encuentra un display indicando el número de plazas libres en un pasillo, en la planta o en todo el edificio, dependiendo de cómo se haya configurado el software. Al acceder a una plaza libre indicada por el color verde del sensor de ultrasonidos, éste detecta el vehículo y el indicador luminoso cambia a color rojo, indicando que la plaza está ocupada. Esta información es enviada al sistema central de control que, mediante el software, registra la ocupación de dicha plaza y actualiza los displays correspondientes para mostrar el nuevo número de plazas libres. Cuando el usuario retira el vehículo, el sensor de detección vuelve al estado inicial (color verde) y los displays modifican otra vez su valor para añadir una plaza libre más al total. Debido al registro de estos movimientos, el software permite realizar posteriormente varios tipos de consultas (gráficas, estadísticas y movimientos) sobre la fecha / hora y el tiempo de ocupación, tanto de una plaza en concreto como de un grupo.

4 Descripción del sistema Funcionalidad El sistema consta de los siguientes componentes: Sensores de detección de vehículo SP1. Indicador luminoso del estado de la plaza PP1. Display indicador de plazas libres D3. Conversores de señal CRS 1. El sistema de gestión de plazas disponibles tiene como principal cometido controlar las plazas de vehículos de un parking. Para ello se apoya en los sensores de detección del estado de ocupación de la plaza mediante ultrasonidos (Ref. SP1), el cual permite automatizar las plazas de la instalación. Si por circunstancia de ubicación el sensor queda oculto a la visión de la persona que desea aparcar con su vehículo, se puede instalar el indicador luminoso (Ref. PP1). Para mejorar el rendimiento de la línea de comunicaciones entre los sensores y el ordenador de monitorización, se utiliza el amplificador regenerador CAR485 cada 30 sensores, permitiendo de este forma aumentar la distancia del cableado y el número de sensores de la instalación. Cuando un vehículo entra en el parking se encuentra un display indicando el número de plazas libres en un pasillo, en la planta o en todo el edificio, dependiendo de cómo se haya configurado el software. Al acceder a una plaza libre indicada por el color verde del sensor de ultrasonidos (Ref. SP1), éste detecta el vehículo y el indicador luminoso cambia a color rojo, indicando que la plaza está ocupada. Esta información es enviada al sistema central de control que, mediante el software CIRPARK, registra la ocupación de dicha plaza y actualiza los displays correspondientes para mostrar el nuevo número de plazas libres. Cuando el usuario retira el vehículo, el sensor de detección SP1 vuelve al estado inicial (color verde) y los displays D3 modifican otra vez su valor para añadir una plaza libre más al total.

5 Debido al registro de estos movimientos, el software CIRPARK permite realizar posteriormente varios tipos de consultas (gráficas, estadísticas y movimientos) sobre la fecha / hora y el tiempo de ocupación, tanto de una plaza en concreto como de un grupo. Esta información puede ser utilizada para la gestión de cobros, estadísticas de ocupación de las plazas del parking, Además, si se precisa guardar estos datos externamente, existe la posibilidad de imprimirlos o bien copiarlos en el portapapeles de Windows, para exportarlos a otro programa. Con el plano general del parking configurado, en el software CIRPARK se puede ver el estado de ocupación de las plazas en tiempo real. Además, dado que existe la posibilidad de representar un mismo sensor en el plano v arias veces, se podrían colocar copias de aquellas plazas consideradas importantes o problemáticas en una zona concreta de fácil localización (por ejemplo, en una esquina del plano), con el fin de poder comprobar rápidamente su estado Características técnicas Sensor de ultrasonidos SP1: Alimentación: 12 V c.c. Consumo: 120 ma Comunicaciones: RS 485 Conexión para indicador luminoso externo Rango de detección: 30 ~ 170 cm (otros rango bajo demanda) Indicador luminoso PP1: Alimentación: 12 V c.c. (suministrado por sensor) Consumo: 50 ma Conexión a sensor Facilita la visión del estado de la plaza al conductor Amplificador regenerador CAR485 Alimentación: 12 V c.c. Consumo: 60 ma Comunicaciones: 2 puertos RS 485 optoaislados

6 Display D3: 3 dígitos de 7 pulgadas Indicación de plazas libres Alimentación: 230 V c.a. Consumo: 7 VA Comunicaciones: RS 485 Dimensiones: 600x376x80 mm Conversor señal CRS 1: Alimentación: 230 V c.a. Comunicación RS 232: Conector DB 9 hembra Comunicación RS 485: Conector DB 9 macho Control RTS Conversión RS 232 / RS 485 bidireccional Dispositivo transparente al sistema Puertos RS 232 / RS 485 optoacoplados Software CIRPARK Cirpark es un software especialmente diseñado para visualizar en tiempo real el estado de las plazas de aparcamiento de un parking controlado mediante los sensores SP1, y los displays D3. Este software, permite insertar una imagen del mapa del parking, y situar encima de éste los indicadores de plaza de aparcamiento que corresponden a esa plaza, de esta forma, podremos visualizar el estado de cada plaza de aparcamiento con un reloj encima que nos indicará el tiempo que lleva ocupada. Al mismo tiempo podremos crear agrupaciones de sensores y crear displays virtuales que nos permitirán visualizar las plazas libres u ocupadas de los diferentes grupos de displays. De esta forma tendremos un control exhaustivo de las plazas disponibles en el parking.

7 Este software, no sólo permite la visualización en tiempo real del estado del parking, también permite realizar históricos, gráficas de movimientos y ocupación, se pueden aplicar alarmas en función del tiempo de ocupación o error de comunicaciones, ver incidencias, etc. CÓMO FUNCIONA UN SENSOR DE ULTRASONIDOS Los ultrasonidos son antes que nada sonido, exactamente igual que los que oímos normalmente, salvo que tienen una frecuencia mayor que la máxima audible por el oído humano. Ésta comienza desde unos 16 Hz y tiene un límite superior de aproximadamente 20 KHz, mientras que nosotros vamos a utilizar sonido con una frecuencia de 40 KHz. A este tipo de sonidos es a lo que llamamos Ultrasonidos. El funcionamiento básico de los ultrasonidos como medidores de distancia se muestra de una manera muy clara en el siguiente esquema, donde se tiene un receptor que emite un pulso de ultrasonido que rebota sobre un determinado objeto y la reflexión de ese pulso es detectada por un receptor de ultrasonidos:

8 La mayoría de los sensores de ultrasonido de bajo coste se basan en la emisión de un pulso de ultrasonido cuyo lóbulo, o campo de acción, es de forma cónica. Midiendo el tiempo que transcurre entre la emisión del sonido y la percepción del eco se puede establecer la distancia a la que se encuentra el obstáculo que ha producido la reflexión de la onda sonora, mediante la fórmula: donde V es la velocidad del sonido en el aire y t es el tiempo transcurrido entre la emisión y recepción del pulso. PROBLEMAS DE LOS ULTRASONIDOS A pesar de que su funcionamiento parece muy sencillo, existen factores inherentes tanto a los ultrasonidos como al mundo real, que influyen de una forma determinante en las medidas realizadas. Por tanto, es necesario un conocimiento de las diversas fuentes de incertidumbre que afectan a las medidas para poder tratarlas de forma adecuada, minimizando su efecto en el conocimiento del entorno que se desea adquirir. Entre los diversos factores que alteran las lecturas que se realizan con los sensores de ultrasonido cabe destacar: El campo de actuación del pulso que se emite desde un transductor de ultrasonido tiene forma cónica. El eco que se recibe como respuesta a la reflexión del sonido indica la presencia del Objeto más cercano que se encuentra dentro del cono acústico y no especifica en ningún momento la localización angular del mismo. Aunque la máxima probabilidad es que el objeto detectado esté sobre el eje central del cono acústico, la probabilidad de que el eco se haya producido por un objeto presente en la periferia del eje central no es en Absoluto despreciable y ha de ser tenida en cuenta y tratada convenientemente. Incertidumbre angular en la medida de un ultrasonido

9 La cantidad de energía acústica reflejada por el obstáculo depende en gran medida de la estructura de su superficie. Para obtener una reflexión altamente difusa del obstáculo, el tamaño de las irregularidades sobre la superficie reflectora debe ser comparable a la longitud de onda de la onda de ultrasonido incidente. En los sensores de ultrasonido de bajo coste se utiliza el mismo transductor como emisor y receptor. Tras la emisión del ultrasonido se espera un determinado tiempo a que las vibraciones en el sensor desaparezcan y esté preparado para recibir el eco producido por el obstáculo. Esto implica que existe una distancia mínima d (proporcional al tiempo de relajación del transductor) a partir de la cual el sensor mide con precisión. Por lo general, todos los objetos que se encuentren por debajo de esta distancia, d, serán interpretados por el sistema como que están a una distancia igual a la distancia mínima. Los factores ambientales tienen una gran repercusión sobre las medidas: Las ondas de ultrasonido se mueven por un medio material que es el aire. La densidad del aire depende de la temperatura, influyendo este factor sobre la velocidad de propagación de la onda según la expresión: siendo Vso la velocidad de propagación de la onda sonora a 0 ºC, y T la temperatura absoluta (dispuesta en grados Kelvin). La temperatura afecta a la capacidad de detección. Un factor de error muy común es el conocido como falsos ecos. Estos falsos ecos se pueden producir por razones diferentes: Puede darse el caso en que la onda emitida por el transductor se refleje varias veces en diversas superficies antes de que vuelva a incidir en el transductor (si es que incide). Este fenómeno, conocido como reflexiones múltiples, implica que la lectura del sensor evidencia la presencia de un obstáculo a una distancia proporcional al tiempo

10 transcurrido en el viaje de la onda; es decir, una distancia mucho mayor que a la que está en realidad el obstáculo más cercano, que pudo producir la primera reflexión de la onda. Otra fuente más común de falsos ecos, conocida como crosstalk, se produce cuando se emplea un cinturón de ultrasonidos donde una serie de sensores están trabajando al mismo tiempo. En este caso puede ocurrir (y ocurre con una frecuencia relativamente alta) que un sensor emita un pulso y sea recibido por otro sensor que estuviese esperando el eco del pulso que él había enviado con anterioridad (o viceversa). El sensor a emite el pulso que recibe el sensor b Las ondas de ultrasonido obedecen a las leyes de reflexión de las ondas, por lo que una onda de ultrasonido tiene el mismo ángulo de incidencia y reflexión respecto a la normal a la superficie. Esto implica que si la orientación relativa de la superficie reflectora con respecto al eje del sensor de ultrasonido es mayor que un cierto umbral, el sensor nunca reciba el pulso de sonido que emitió. Elche 12 de Noviembre de 2009