UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA-UNI

Entidad Ejecutora: UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA Nombre del Proyecto: Prevencin de riesgos mortales debido a gases txicos en ambientes mineros mediante la recoleccin y anlisis de data usando tecnologa de robtica autnoma.Cdigo del proyecto: PIAP-1-P-391-13 Componente 2: Sistema de adquisicin de datos de sensores de gases txicos.

Informe tcnico 6 y 7Calibracin de los sensores de gases txicos de la tarjeta electrnica de sensado de gases txicos (v01)

Rubn E. Acosta JacintoProfesional al servicio de la actividadRubn E. Acosta JacintoProfesional al servicio de la actividadRubn E. Acosta JacintoProfesional al servicio de la actividad

Andree Franklin Salazar RojasTesista

Ing. Rubn Eusebio Acosta JacintoAsesor

Ing. Jos Fortunato Oliden MartnezCoordinador General del proyecto

Objetivo:El objetivo de este informe es realizar la calibracin de los sensores de gases txicos de la tarjeta electrnica de sensado de gases txicos.IntroduccinEn la etapa de calibracin de los gases txicos, una vez ya realizada la conversin ADC y obtenidos valores aceptables de medida, se procede a la calibracin de los sensores de gases txicos a nivel de software (de acuerdo al datasheets y en su respectiva correccin de programa) y a nivel de hardware (tomando como referencia instrumentos ya calibrados). Para finalmente, se mejora los algoritmos y su respectiva programacin de la adquisicin de dichos sensores ya calibrados; y as enviar dichos datos al sistema central del robot.

1.- Calibracin de acuerdo a valores de la hoja de datos del fabricante para cada sensor.Para realizar la conversin ADC mediante el Microcontrolador ATmega16, es importante conocer las relaciones matemticas existentes (en el mejor de los casos si fuesen funciones lineales) entre el valor de voltaje obtenido y su correspondiente medida fsica (sea Temperatura, Presin, CO2, CO, etc.). A continuacin se muestra las curvas obtenidas de sus respectivos datasheets:1) Sensor de Humedad 808H5V5El dispositivo 808H5V5 es un sensor anlogo que provee un voltaje de salida proporcional a la humedad relativa en la atmosfera.

Figura 1. Sensor 808H5V5 y su conexin de pines.

Figura 2. Curva caracterstica del sensor 808H5V5

Tabla 1. Tabla de valores de humedad tpicos de salida, correspondientes a las condiciones: Voltaje de alimentacin de 5.0V DC, y a T= 25 en el medio ambiente

%Humedad Relativa30%40%50%60%70%80%

808H5V51.73V2.08V2.41V2.72V3.01V3.30V

Aproximacin de la curva mediante regresin lineal.(MATLAB)

Figura 3. Aproximacin de Curva del sensor 808H5V5

Valores relacionados, al conversor ADC de 10 bits del microcontrolador ATmega16.

Entonces:

2) Sensor de Presin MPX4115AEl dispositivo MPX4115A es un sensor anlogo que provee un voltaje de salida proporcional a la presin absoluta en la atmosfera

Figura 4. Sensor de Presin MPX4115A y sus conexiones.

Figura 5. Curva caracterstica del sensor de Presin MPX4115A

3) Sensor de Temperatura MCP9700AEl dispositivo MCP9700A es un sensor anlogo que provee un voltaje de salida proporcional a la temperatura de ambiente.

Figura 6. Curva carcterstica del sensor de temperatura MCP9700A

De la hoja de datos de este sensor (Anexo C), se obtuvo la siguiente relacin entre la temperatura y el voltaje de salida:

Valores relacionados, al conversor ADC de 10 bits del microcontrolador ATmega16.

Entonces:

4) Sensor de Gas CO2 TGS4161El dispositivo TGS4161 es un sensor anlogo que provee los ppm de concentracin de CO2 presente en el rea de medida.Caractersticas del sensor: Amplio rango de deteccin de gas CO2 en ppm (350-1000). Tamao reducido. Notable independencia de la humedad. Bajo consumo. Costo bajo. Durabilidad.

Figura 7. Sensor TGS4161 y su conexin de pines.La tensin entre los terminales 2 (Counter electrode +) y 3 (Counter electrode -) muestra un comportamiento lineal con el logaritmo de la concentracin de dixido de carbono CO2.

La figura mostrada a continuacin en representa la caracterstica tpica del sensor TGS4161, adems muestra una dependencia lineal as como una alta selectividad al CO2 respecto a otros gases (Un valor ms preciso de CO2 en convivencia con otros gases). El eje Y es indicado como EMF que se define por lo siguiente: EMF=EMF1 - EMF2 Donde:EMF1=EMF a 350 ppm CO2 EMF2=EMF a la concentracin medida

Figura 8. Curva caracterstica y su dependencia respecto a la humedad del sensor TGS4161

MARCA Y MODELOFIGARO TGS4161

Tensin de Alimentacin (V)5 0.2

Potencia consumida (mW)240mW

Consumo de corriente (mA)50

Condiciones de trabajo-10 a 50 C / 5 a 95 %RH

Tiempo de respuesta (seg) a 20 C90

Rango de deteccin (ppm)350-10000

Procesado de datosSimple

Circuito asociadoSimple

PrecioAceptable

Tabla con las caractersticas del sensor de CO2 seleccionadoEl sensor tiene una alta dependencia de la EMF absoluta con la temperatura. Por el contrario, EMF se mantiene relativamente constante frente a los cambios de temperatura (anexo A, Fig. 5). La tensin de calentamiento del sensor tambin es muy determinante en la EMF absoluta. En el diseo del nodo sensor se deber tener en cuenta que esta tensin sea estable para no introducir errores en la medida (anexo A, Fig. 7). Debido a que el sensor tiene una impedancia de salida muy elevada el fabricante recomienda en su hoja de especificaciones utilizar un amplificador operacional (como seguidor de tensin) con alta impedancia de entrada (mayor que 100 G) y una corriente de polarizacin muy pequea (menor que 1 pA) (anexo A, Fig.2 ).5) Sensor de Gas NO2 MiCS-2710El dispositivo MiCS-2710 es un sensor de gas que provee los ppm de concentracin de NO2 presente en el rea de medida.Figura 9. Parmetros del sensor de Gas NO2 MiCS2710El voltaje de alimentacin Vcc=2.5V. Mientras que el valor del voltaje VH=1.7V.

Figura 10. Curva caracterstica del sensor MiCS-2710De la siguiente relacin tomada de la hoja de datos del sensor, y para sus valores de operacin:RS = RL /(VCC - VS) x VS

Para un valor de VCC=2.5v Para un valor RL=10k ohm [V] Rs:[kohm]6) Sensor de Gas Metano CH4 TGS-2611El dispositivo TGS-2611 es un sensor de gas que provee los ppm de concentracin de CH4 presente en el rea de medida.

Figura 11. Curva caracterstica del sensor CH4 TGS2611La figura 11 muestra todos los valores de concentracin adquiridas bajo estndares en condiciones de prueba adecuadas (Anexo F). El eje Y indica la ratio de resistencia de sensado (Rs/Ro) que se define como:Rs: Resistencia de sensado para varios gases incluido el gas metano CH4Ro: Resistencia de sensado a 5000 ppm de gas metano CH4

Figura 12. Distribucin de los pines de conexin del sensor de gas CH4 TGS2611De la siguiente relacin tomada de la hoja de datos del sensor, y para sus valores de operacin:

7) Sensor de Oxgeno SK-25-F

2.- Mejora del algoritmo de adquisicin de gases txicos

DIAGRAMA DE FLUJO

ESQUEMTICO DE SIMULACION

CODIGO DESARROLLADO EN EL ENTORNO ATMELSTUDIO#ifndef F_CPU#define F_CPU 16000000UL // 16 MHz clock speed#endif

#define D0 eS_PORTD0#define D1 eS_PORTD1#define D2 eS_PORTD2#define D3 eS_PORTD3#define D4 eS_PORTD4#define D5 eS_PORTD5#define D6 eS_PORTD6#define D7 eS_PORTD7#define RS eS_PORTC6#define EN eS_PORTC7

#define LTHRES 500#define RTHRES 500

double valor_ADC;float conver;float k=0.004883;float Pressure1,Temp1;// 5 1024// x y// y=(5*x)/1024=k*x

#include #include #include "lcd.h" //Can be download from the bottom of this article#include "MPL115A1.h"#include

#define ACK 0x7E#define LONG_TIME 10000

// Prototype Functionsvoid spi_init_master(void);unsigned char spi_tranceiver(unsigned char data);void ADC_init();char convert(int valor_ADC);void roll_efect();void show_gas();int adc_read(int ch);void show_Pressure();void gethumedad();

// global variablesint A0,A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7;char n1,n2,n3,n4,n0;char Gas1;

// main function

int main(void){DDRA=0;

DDRD = 0xFF;DDRC = 0xFF; DDRB= DDRB | 0b10110000; DDRB = DDRB & 0b10111111;TCCR2 = (1