Seminario de Diseño y Construcción de Microrrobots:

Transcripción

1 Seminario de Diseño y Construcción de Microrrobots: SENSORES Alumno: Adrián Marcelo Díaz Collazo Plan de estudio: Ing. Técnica Industrial en electrónica

2 Sensores: Normalmente se usan para detectar obstáculos, para seguir trayectorias para buscar un objeto, para ir hacia la luz, medir distancias, etc. Tipos: -Sensores de contacto: bumpers Usados para parachoques, su finalidad es avisar que se ha colisionado contra una pared, esto lo hace por medio de un interruptor. Si le ponemos un alambre es lo que llamamos bigote de gato, no es muy eficaz para robots rápidos ya que cuando choque sería demasiado tarde para corregir la trayectoria. -Sensores de infrarrojos: Cuando queremos seguir una línea, lo que necesitamos son sensores de infrarrojos. Estos sensores se componen de un receptor y un emisor de infrarrojos, el emisor emite una luz que impacta en la superficie, si la superficie es blanca refleja pero cuando es negra no refleja en el suelo, de esta forma, el receptor no recibe nada. Mediante este sencillo funcionamiento, también podemos saber el nivel de escala de grises de esa superficie. El sensor de infrarrojos es un LED de infrarrojos, emite una señal de infrarrojos que nosotros no vemos. El receptor es un fotodiodo o fototransistor, lo que hace es que dependiendo de la cantidad de infrarrojos que reciba así deja pasar del colector al emisor mas o menos corriente, si no recibe señal de infrarrojos, el transistor estaría cortado y no dejaría pasar corriente, si recibe señal deja pasar corriente. Para conectar un fototransistor hay que polarizarlo con una resistencia de por ejemplo 10 K Ω si queremos una señal grande, y de esta forma obtendremos una señal analógica que será proporcional al color que nosotros detectemos, en este caso en el color negro no recibiría nada, no conduciría y tendríamos 5V, en blanco conduciría y recibiríamos 0V. Si queremos transformarla en digital colocaremos un inversor Schmitt Trigger y tenemos una señal digital de 0 y 5 voltios. Los detectores que se usan normalmente son los CNY70, los fabrican Vishay, que tienen un pequeño encapsulado. Son usados para competiciones como puede ser rastreadores o velocistas en los que se necesita ver una línea negra en el suelo sobre una superficie blanca. Otros modelos: existen varios modelos como el TCNT1000 o el TCRT500 y formatos que permiten estar más cerca del suelo como el modelo TCRT1010.

3 Los dispositivos que utilizan los sensores de infrarrojos son muy variados, como la televisión o el video y la mayoría de los aparatos electrónicos que funcionen con dispositivos inalámbricos. Un mando a distancia emite una señal que se apaga y se enciende, cuando se enciende, la señal tendrá un frecuencia de 40 Khz. un filtro detecta la señal de 40 Khz y nos la pone como un 1 y si no hay señal lo pone como un 0, de esta forma no hay un consumo excesivo del aparato emisor de infrarrojos, aumentando la duración de las pilas. Para medir distancias es utilizado el GP2D, es un sistema de emisores y receptores de infrarrojos, pueden llegar a medir del orden de 10 a 80 cm. Existen los siguientes tipos: -Los GP2D02, que permite capturar medidas cada un cierto tiempo controlado por un reloj externo. -Los GP2D05, en su salida se obtiene un 1 o un 0 dependiendo de la distancia a la que nosotros hayamos ajustado el potenciómetro, por ejemplo si queremos un uno cuando estemos a 20 cm de una pared tendremos que ajustar el potenciómetro para esa medida. -Los GP2D12 son los mas utilizados ya que son los mas baratos y nos dan la información de la distancia a la que nos encontramos sin tener que fijar un umbral como en el GP2D05, el único inconveniente es que la señal de salida es analógica y para trabajar con ella la tendríamos que pasar a digital, cosa que no sucede en el GP2D siguiente. -GP2D15, es el mas caro de los GP2D ya que como se ha dicho anteriormente en la salida da una señal digital, el rango de medidas es el mas amplio ya que permite medir hasta 24 cm, convirtiéndolo en el GP2D mas potente. El funcionamiento de estos se basa en el que un emisor de infrarrojos concentra el rayo a través de una lente, que se proyecta sobre una superficie, el rayo choca contra esta superficie e incide en el sensor lineal que dependiendo del ángulo de incidencia en el sensor, el GP2D puede saber si la superficie donde se reflejo el rayo esta cerca o lejos, por ejemplo si el ángulo de incidencia es de 45º estará mas cerca que si el rayo es de 30º. -Ultrasonidos: Funcionamiento: Emite un pitido que esta fuera de nuestra banda audible y vuelve en forma de eco, el proceso es lento así que si la onda se mueve a 400 m/s tarda un tiempo en volver, como podemos calcular el tiempo que tarda en volver la señal, calculamos la distancia a la que se encuentra el objeto.

4 Si introducimos por ejemplo una señal sinusoidal a una determinada frecuencia, esta emitirá un sonido, y luego si colocamos un micrófono de ultrasonido para recibir el eco y lo amplificamos seria la forma de montar nuestro medidor de distancias. Pero lo mejor es comprar un dispositivo en el que ya vienen estos componentes montados, estos dispositivos contiene un microprocesador que nos da la distancia en forma de señal digital. Versiones: -SRF04, le metemos un pulso de unos 10 microsegundos como mínimo y como respuesta a ese pulso el sensor nos genera una ráfaga de 8 pulsos ultrasónicos, espera a recibir el eco y cuando lo recibe, nos activa una señal cuando ha terminado, y cuando recibe el eco nos baja esa señal, mide la anchura de un pulso de la señal digital y así averiguo la distancia. Tiene un rango que varia entre los 30 º. -SRF08, lo que nos da es una señal utilizando un bus de comunicaciones llamado I2C mediante este bus con un determinado protocolo de comunicación nos envía información a nuestro procesador sobre lo que hemos transmitido, es mas caro, podemos ajustar la ganancia a la hora de recibir la información y podemos ajustarlo a ecos mas lejanos o mas cercanos. Puede medir hasta 2 metros. Es capaz de recibir hasta 26 ecos. Permite una fotocélula por si queremos medir la intensidad de la luz. -SRF235, es el mas nuevo de los SRF y también el mas caro, trabaja a una frecuencia mas alta de ultrasonidos con lo cual conseguimos más precisión mide de 10 cm a 1,2 m y funciona por el protocolo de comunicación I2C, posee un haz de ultrasonidos más estrecho. -Encoders: Sirven para detectar la velocidad a la que se mueve cualquier dispositivo que contenga un motor, y la distancia a la que este se ha movido. Son usados también en los ratones, cámaras de seguridad, etc. Funcionamiento: Se utiliza un disco perforado que va acoplado al eje de un motor, un emisor de infrarrojos que se coloca a un lado del disco y un receptor al lado opuesto. El receptor va recibiendo los pulsos generados por la rueda al interferir en el camino del emisor de infrarrojos. Por ejemplo si la rueda posee 16 agujeros, y el receptor nos dice que recibió 32 pulsos pues sabemos que la rueda ha dado 2 vueltas. Todo esto se hace empleando un solo encoder, pero si colocamos 2 estratégicamente, la funcionalidad del segundo será para saber en que sentido gira la rueda, ya que comparando los 2 pulsos recibidos por los 2 encoders se puede ver el desfase que existe entre ellos.

5 -Otros sensores: -Brújula: dependiendo de la orientación se cortocircuitan unos pines u otros, nos da unos y ceros, no tiene mucha precisión solo nos dice donde está el norte sin decirnos los grados. A las brújulas les afecta las fuentes de campo magnético, y una fuente muy grande son los motores o sea que si lo ponemos al lado de uno nos daría problemas. Otra brújula más potente es la que se basa en el efecto Hall, nos da la posición con una precisión del orden de 1º. También, las brújulas no siempre funcionan bien en los interiores ya que se daría el caso de la jaula de Faraday. También existen sensores de vibración (S320150), de inclinación (S320165), de temperatura (LM35), de humedad (SHT11), de aceleración (S320155). Bibliografía: Las imágenes han sido extraídas de: