CREACION DE HARDWARE Y SOFTWARE CON SENSORES

Estefanía Cano Martínez Ingeniería en computación4° semestre grupo 404

RESUMEN:

Los sensores son

1.-INTRODUCCION

Actualmente sería impensable realizar maniobras más o menos complicadas, dentro del mundo industrial, sin dos elementos ampliamente extendidos en nuestros días, por una parte los autómatas programables y por otra los sensores, que permiten controlar las variables que afectarán al proceso industrial. Los autómatas por precio, versatilidad y facilidad de programación se han convertido en los sustitutos de las maniobras en los entornos industriales, y debido a las crecientes necesidades de los procesos industriales modernos, cada vez hay que controlar más variables que afectan a estos procesos, por lo que los sensores han entrado de lleno en estas maniobras.

Hoy por hoy, sería difícil encontrar procesos automáticos que no estén gobernados por elementos de gobierno, sensores y autómatas. Procesos como contadores, detectores de presencia, detectores de objetos, control de niveles, medidas de seguridad, chequeo de contenidos, inspecciones de calidad automáticos, posicionamiento.

Entre otros conceptos esta el que nos explica el del sistema de control automático donde el sensor es el elemento que cierra el lazo de control y tiene como tarea captar, del proceso maquina sobre la que se ejerce control, la información de cómo se está comportando o realizando el trabajo.

Esta información es transmitida al controlador que la usará para tomar la acción de control correspondiente.

Con PLC’s los sensores se conectan a las entradas y básicamente pueden ser de dos tipos:

Analógico Digitales

Los sensores analógicos, se requieren cuando el fenómeno a captar es una variable en el tiempo. En estos casos el sensor es un transductor y se conectará a una entrada especial con un dispositivo convertidor analógico/digital.

2.- FUNDAMENTOS

EL PROTOBOARD es una tarjeta para el desarrollo y diseño de circuitos analógicos o digitales. Se encuentra compuesta de un material aislante, generalmente de plástico la cual presenta perforaciones para permitir insertar algún componente electrónico sin la necesidad de soldadura. (Ver Fig 1)

UN RESISTOR es un componente electrico diseñado para producir una resistencia terminada entre dos puntos de un circuito. Las resistencias o resistores son fabricadas en una amplia variedad de valores. Hay resistencias con valores de Kilohmios (KΩ), Megaohmios (MΩ).

Estás dos últimas unidades se utilizan para representar resistencias muy grandes. A continuación se puede ver algunas equivalencias entre ellas:

1 Kilohmio (KΩ) = 1,000 Ohmios (Ω) 1 Megaohmio (MΩ) = 1,000,000 Ohmios (Ω) 1 Megaohmio (MΩ) = 1,000 Kilohmios (KΩ)

Para poder saber el valor de las resistencias sin tener que medirlas, existe un código de colores de las resistencias que nos ayudan a obtener con facilidad este valor con sólo verlas. (ver Fig 2.)

UN LED es un tipo especial de diodo semiconductor.los leds emiten energía radiante en la gama de los ultravioletas, la luz visible y los infrarrojos. (Ver fig. 3)

UN CAPACITOR es un dispositivo formado por dos conductores o armaduras, generalmente en forma de placas o láminas, separados por un material dieléctrico. Los capacitores pueden conducir corriente continua durante sólo un instante (por lo cual podemos decir que los capacitores, para las señales continuas, es como un cortocircuito), aunque funcionan bien como conductores en circuitos de corriente alterna. Es por esta propiedad lo convierte en dispositivos muy útiles cuando se debe impedir que la corriente continua entre a determinada parte de un circuito eléctrico, pero si queremos que pase la alterna. (Ver figura 4).

UN SENSOR es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Existen diferentes tipos de sensores como son:

SENSOR DE FUERZA: Resistor que se usa como sensor de fuerza (RSF) con un cuadrado de área de sensado de 1.75x1.5. Este RSF variará la resistencia dependiendo de cuanta presión este siendo aplicada al área sensible. Mientras más fuerza, menor resistencia. Cuando no se está aplicando presión al RSF la resistencia será más grande que 1MO. Este RSF puede detectar la fuerza aplicada en

cualquier lugar en un rango de 100g-10kg.(Véase figura 5.)

SENSOR DE TEMPERATURA: Es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºCy un rango que abarca desde -55º a +150ºC. El sensor se presenta con 3 patas, dos de ellas para alimentarlo y la tercera nos entrega un valor de tensión proporcional a la temperatura medida por el dispositivo. Con el LM35 sobre la mesa las patillas hacia nosotros y las letras del encapsulado hacia arriba tenemos que de izquierda a derecha los pines son: VCC – Vout – GND.(ver figura 6)

SENSOR DE HUMEDAD: permite medir la humedad relativa de un entorno esto está basado en una única célula capacitiva, está diseñado para grandes volúmenes y aplicaciones de bajo costo como oficinas automatizadas, cabinas de aviones, sistemas de mando de procesos industriales.(ver figura 7)

UN CIRCUITO INTEGRADO de ocho patillas cuya función es la de generar señales con intervalos de tiempo plenamente configurables. Su uso más común es como temporizador y como generador de onda cuadrada. La distribución de las patitas va de acuerdo al circuito en su hoja de especificaciones. (Ver figura 8 y 9).

EL PORTENCIOMETRO es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie. (Ver figura 10)

Existen dos tipos de potenciómetros:

Potenciómetros impresos, realizados con una

pista de carbón o de cermet sobre un soporte duro

como papel baquelizado, fibra, alúmina, etc. La

pista tiene sendos contactos en sus extremos y un

cursor conectado a un patín que se desliza por la

pista resistiva.

Potenciómetros bobinados, consistentes en un

arrollamiento toroidal de un hilo resistivo con un

cursor que mueve un patín sobre el mismo.

3.- ESTADO DEL ARTE

Actualmente se distribuyen sensores inalámbricos inteligentes de baja potencia a grandes distancias en diversos tipos de industrias. Las plataformas de redes de sensores inalámbricos (WSN) ofrecen hardware de medición que es capaz de ejecutarse con tecnología de baterías estándar por hasta tres años.

Estos sensores forman mallas de redes al transmitir datos de regreso a un concentrador central que agrega los datos y proporciona conectividad a la red cableada. Con estos sistemas, los ingenieros pueden tomar mediciones en ubicaciones que no habían sido posibles o económicamente viables [2][3].

Dada la situación actual del uso de sensores inteligentes en el entorno industrial y su alta importancia dentro de un sistema de control, es hora de integrarlos a un sistema de control distribuido que permitirá el procesamiento de las señales arrojadas por los sensores y a su vez tomará las acciones de control pertinentes para el desarrollo pertinente del proceso [1].

o Red de sensores

Red de nodos con capacidades limitadas, bajo coste energético y económico, equipados con sensores que recogen información del medio. Topología dinámica. La variabilidad del canal puede producir errores en los datos. No se utiliza infraestructura de red. Nodos deben tener alta tolerancia a errores. Bajo consumo energético, tienen energía limitada. Limitaciones de hardware para tener bajo consumo. Bajos costes de producción al producirse en grandes cantidades.

o Sensores inteligentes y su

funcionamiento

Teniendo en cuenta lo anterior, es importante definir claramente que es un sensor inteligente. Se denomina sensor inteligente a la integración de un sensor análogo o digital con un procesador, una memoria y un

controlador de red. El sensor genera una señal calibrada (ya que tiene la posibilidad de auto calibración) acondicionada y digital que se rige por un protocolo de comunicaciones. Este tipo de sensores tiene la posibilidad de conectarse con un número elevado o mediano de sensores de este mismo tipo.

4.-PROPUESTA

Se propone realizar un software que interactúe con el

hardware nombre de la tarjeta por medio del circuito

eléctrico realizado en clase para el cálculo de

temperatura, presión, fuerza y humedad. Así como un

multiplexor Obteniendo como resultado la

visualización del funcionamiento de los sensores a

través del ordenador, facilitando a los usuarios el

cálculo de estos procedimientos.lo que se propone es la

siguinete

Armar los circuitos de cada sensor

Sensor de fuerza

Sensor de humedad

Sensor de temperatura

El multiplexor

Conectar los circuitos con la tarjeta EasyUSB

IO.

Elaborar el software para poder interactuar y

de esta manera facilite los calculos a los

usuarios.

Los materiales que se necesitan para cada circuito

electrónico son los siguientes:

Para el sensor de fuerza se utiliza el circuito integrado

LM358, un resistor de 47k y un resistor que se usa

como sensor de fuerza el RFS .Para el sensor de

temperatura tenemos un capacitor 1uF electrolítico, un

potenciómetro 1k, un circuito integrado LM358, un

sensor de temperatura el LM35, tres resistores de 220Ω

conectados en paralelo. Un resistor de 15k y un resistor

de 220Ω. Para el sensor de humedad se utiliza un

circuito integrado el 555, un resistor de 220Ω, un led,

un sensor de humedad el HS1101,un resistor de 4M y

un resistor de 8M. Para el multiplexor el DG508ACJ

también se utiliza dos potenciómetro de 10k, un led, un

resistor de 470Ω, y dos resistores de 100Ω.

A continuación se presenta los diagramas de los

circuitos de cada sensor:

para el sensor de fuerza tenemos el siguiente

circuito y la parte física del circuito integrado

LM358, podemos observar las salidas y las

entradas de dicho integrado, para este caso

únicamente se está utilizando el lado B (ver

Fig.11).

Para el sensor de temperatura tenemos el

siguiente circuito , de la misma manera

tambien se utilizo el circuito integrado

LM358 y unicamente del lado B, tambien se

puede apreciar la configuracion para conectar

el LM35 (ver Fig.12).

Para el sensor de humedad tenemos el

siguiente circuito, tambien la parte fisica del

circuito integrado el NE555 y podemos

observar como se conecta el sensor de

humedad el HS1101 (ver Fig.13).

Para el multiplexor tenemos el siguiente

circuito con sus especificaciones (ver Fig.14).

Para interactuar el software con los circuitos

utilizamos la siguiente tarjeta el EasyUSB IO

(ver Fig.15).

5.-IMPLEMENTACION

Para llevar a cabo el desarrollo del software e interactuarlo con el hardware se debe de tomar en cuenta los fundamentos básicos que se adquirienron durante la investigación y de esta manera poder armar los circuitos de forma correcta y hacer los cálculos correctos.

Implementacion HardwarePrimeramente se arma el circuito del multiplexor, esto se elabora de la siguiente manera en un protoboar siguiendo el diagrama de la Fig.14,en este no se hacen calculos solo se conecta los potenciometros, los

resistores y el led al multiplexor quedando de la siguiente manera (ver Fig.16).

Después se elaboró el circuito de humedad siguiendo el diagrama de la Fig.12 de igual manera se utiliza el protoboar para dicho diseño, donde se conecta un circuito integrado el 555, un resistor de 220 ohm, un led, un sensor de humedad el HS1101,un resistor de 4M y un resistor de 8M (ver Fig.17).

Los cálculos que se realizaron fueron las siguientes:

Implementación software

Después de la realización de todo el hardware se

empezó a trabajar con la placa y a programar las

interfaces en Visual Basic 2010

6.-REFERENCIAS

[1] IEC61499 - international standard for distributed

systems.http://www.iec61499.de/index.htm.

[2] Instrumentación newlsletter -

julio_septiembre_2010.pdf - disponible en

www.ni.com.

[3] Sensores inteligentes e instrumentación digital.pdf -

Disponible en

http://www.investigacion.frc.utn.edu.ar/sensores/Tutori

al/TECNO7.pdf

5.-FIGURAS

Fig.1.protoboard

Fig.2.resistencias

Fig.3.Led’s

Fig.4.Capacitor