Proyecto Fin de Carrera Ingeniería Industrial Mención Electrónica Análisis de acelerómetros comerciales como sensores para medir desplazamiento Autor - Marcos Yarza Mazas Director - Jorge Falcó Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones CPS Universidad de Zaragoza Codirector - David Cuartielles Konst, Kultur och Communikaiton, K3 Malmö (Sweden) Centro Politécnico Superior Universidad de Zaragoza Zaragoza - Marzo 2.007
Marcos Yarza Índice Introducción Análisis de sensores Circuito electrónico Comunicación inalámbrica Software de medición Medidas de aceleración Resultados Programación temporal Conclusiones
Objetivo a v Analizar la bondad de los sensores de aceleración como sensores para medir el desplazamiento de un objeto en movimiento a partir de su aceleración desplazamiento Herramientas Sensores de aceleración Circuito de control Escenario de medición Tratamiento de datos integración Análisis de los datos Marco del proyecto Realización del proyecto dentro de un programa de prácticas en el Konst, Kultur och Communikaiton, K3 en Malmö (Sweden) Investigación de interés para el grupo TECNODISCAP Marcos Yarza
Sensores de aceleración Acelerómetros Parallax Analog devices Freescale semiconductor MX2125 Salida digital PWM ADXL202 Salida digital PWM MMA7260 Salida analógica -2 ejes de medición - Rango medición ± 2 g - Sensibilidad 12.5 %/g - Nivel de offset 50% -2 ejes de medición - Rango medición ± 2 g - Sensibilidad 12.5 %/g - Nivel de offset 50% -3 ejes de medición - Rango medición ajustable ±1.5g / ± 2 g / ± 4g / ± 6g - Sensibilidad 800 mv/g - 600 mv/g - 300 mv/g - 200 mv/g - Nivel de offset 1.65V 1 g = 9.81 m/s 2 Marcos Yarza
Marcos Yarza Sensores Circuito electrónico Circuito sensores integrados Integración del circuito en la placa de control Arduino Circuito de control Basado en microcontrolador ATMEGA8 MX2125 Caracterización de sensores Programación del firmware Arduino www.arduino.cc ADXL202 MMA7260 Circuito final sensores + arduino -Diseño completo del circuito como parte del proyecto -Fabricación PCB profesional -Posibilidad de seleccionar el sensor de medición -Comunicación inalámbrica con el ordenador (ZigBee) Plataforma de desarrollo de hardware libre
Comunicación inalámbrica ZigBee Protocolo de comunicación ZigBee - Protocolo abierto IEEE 802.15.4 Bajo precio - Diseñado para redes de sensores Domótica - Bajo consumo energético - Sencillez de implementación Módulos ZigBee empleados DLP-DESIGN Integración de la comunicación ZigBee con el circuito de sensores diseñado DLP-RF1 DLP-RF2 Marcos Yarza
Marcos Yarza Desarrollado en Processing Diseño del software de medición Toma de datos Integración Representación gráfica Almacenamiento en fichero Captura de pantalla Fichero de texto
Marcos Yarza Diseño y construcción del escenario de medición Rampa de rodadura Circuito sensores inicio Red de comunicación Coche de medición fin Circuito de control de la rampa Sensores infrarrojos Ángulo de inclinación
Marcos Yarza Calibración del nivel de offset Medidas de aceleración Escenario 1 Medidas de deriva Sensor estático y en posición horizontal a = 0 Medida del sensor 0 a offset 10 series de medidas de 2000 medidas Cálculo del valor medio Obtención del nivel de offset para cada sensor a real = a medida - a offset Sensor estático y en posición horizontal d = 0 10 series de medidas de 10 s de duración Cálculo del desplazamiento mediante el programa de integración d medida = deriva del sensor 0 Escenario 2 Medidas de aceleración Sensor montado en el coche Movimiento por plano inclinado de inclinación conocida Inclinaciones 15 o, 30 o, 45 º Para cada inclinación 5 medidas de desplazamiento 15 o 10 cm 20 cm 30 cm 30 o 10 cm 20 cm 30 cm 45 o 10 cm 20 cm 30 cm 40 cm 40 cm 40 cm 50 cm 50 cm 50 cm
Marcos Yarza Resultados mediciones escenario 1
Desplazamiento calculado- corregido (m) Desplazamiento real (m) Desplazamiento real (m) Resultados mediciones escenario 2 Desplazamiento MX2125 15⁰ Desplazamiento corregido MX2125 15⁰ 0,6 0,4 0,2 0 y = 1,137x + 0,035 y = 0,137x + 0,035 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Función de corrección 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0-0,1 y = 1,007x - 0,002 y = 0,007x - 0,002 0 0,2 0,4 0,6 Desplazamiento calculado (m) Desplazamiento calculado (m) desplazamiento calculado error desplazamiento calculado error comparación desplazamiento calculado desplazamiento corregido 15⁰ 0,5 0,3 0,1-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Desplazamiento real (m) desplazamiento calculado desplazamiento corregido Marcos Yarza
Marcos Yarza Sensor MX2125 Nivel de offset a offset = 39.54 m/s 2 Deriva a los 10 s d = 0.6417 m Resumen de resultados Resultados mediciones escenario 1 Sensor ADXL202 Nivel de offset a offset = 36 m/s 2 Deriva a los 10 s d = 7.3308 m Sensor MMA7260 Nivel de offset a offset = 17.74 m/s 2 Deriva a los 10 s d = 0.5047 m Resultados mediciones escenario 2
Marcos Yarza Programación temporal mes 0 1 2 3 4 5 6 Documentación y adquisición de sensores Caracterización de sensores Comunicación inalámbrica Diseño prototipos Mediciones Análisis de mediciones y redacción memoria Desarrollo del proyecto en paralelo con el trabajo de asistente en el laboratorio de prototipado electrónico de la escuela de Arte y Diseño Interactivo de la Universidad de Malmö (Suecia)
Conclusiones Análisis y caracterización de tres sensores acelerómetros Diseño, construcción y puesta a punto de prototipos Diseño y construcción de escenario de pruebas Desarrollo del Software integración Aprendizaje de nuevos sistemas Arduino, ZigBee, Processing Futuro del proyecto Aportación al proyecto educativo Arduino Interés para la Universidad de Malmö Posible incorporación en sistema de posicionamiento Seguimiento de la línea de investigación en redes de sensores inalámbricas ZigBee (www.arduino.cc) (TECNODISCAP) www.libelium.com
Demostración de funcionamiento del sistema
Muchas gracias por su atención