Práctica 9: Sensor óptico de IR en S4A
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Práctica 9: Detección de un objeto por medio del sensor óptico de IR 1. Objetivo El objetivo de esta práctica es conseguir detectar un objeto programando el sensor óptico de infrarrojos en S4A. El sensor óptico de infrarrojos posee 3 terminales. Dos de ellos se conectarán a tierra y 5V en la placa arduino y el tercero, llamado OUT, se conectará a una entrada analógica, en nuestro caso A1, pero antes debemos calibrarlo o ajustarlo a una distancia y para ello lo conecto a una entrada digital PWM, como puede ser D3. Este sensor de infrarrojos tiene las siguientes características:
VCC: alimentación 3V-12V (se puede conectar directamente a 5v o 3.3v microcontrolador) GND: Conexión GND OUT: interfaz de salida digital (0 y 1)
Usaremos un Led Rojo conectado al pin 13 y que se iluminará al detectar el sensor un objeto. 2. Montaje eléctrico Los componentes electrónicos que requiere el montaje eléctrico son los siguientes: 1 led rojo y un sensor óptico de IR (usaremos el TRCT5000 Sensor NSOR que ya incluye el comparador y el potenciómetro de ajuste). Diodo emisor de luz: LED Un diodo LED es un componente electrónico que emite fotones de luz cuando deja pasar una corriente. Eso sucede, cuando la corriente circula de ánodo a cátodo y se dice que el diodo está polarizado en directa (Va>Vk o Vak>0). Cuando la corriente circula en el sentido contrario, es decir, cuando está polarizado en inversa, se comporta como si fuera un interruptor abierto, no dejando pasar corriente. Su símbolo eléctrico es el siguiente:
Susana Oubiña Falcón
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Físicamente, presenta dos patillas siendo el ánodo (+) la patilla larga y el cátodo (-) la patilla corta: Los LEDs no siempre emiten luz visible de diferentes colores. Entre su gran variedad, los hay que emiten luz ultravioleta. Tanto el tipo de luz y color determinado vienen condicionados por la composición química de los materiales semiconductores que han usado en su fabricación. En cualquier caso, la frecuencia de emisión de la luz y color de un determinado LED depende de la composición química de los materiales semiconductores utilizados en la fabricación del chip, tal y como se muestra en la siguiente imagen:
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Sensor óptico de IR (TRCT5000 Sensor NSOR)
El sensor de infrarrojos es un dispositivo que funciona por reflexión, detectando la cantidad de luz reflejada en un objeto o superficie. Esta característica lo hace capaz de diferenciar entre blanco y negro e incluso entre claro y oscuro. Internamente está formado por un comparador estable. En nuestro caso, usa el comparador LM393 y además, está formado por un diodo emisor de luz infrarroja y un fototransistor como receptor de la luz infrarroja reflejada. Nuestro sensor detecta objetos a distancias desde 2cm a 60cm, con un ángulo de detección de 35⁰. Esta distancia de detección puede ajustarse mediante el potenciómetro que dispone el integrado del sensor. El ajustarlo, implica darse cuenta de lo siguiente: Ajustar el potenciómetro en sentido horario, aumenta la distancia de detección. Ajusta el potenciómetro en sentido antihorario, reduce la distancia de detección. Nota: Se puede ajustar por rango o por dimensión del objeto: Por rango de detección implica que Negro (el objeto absorbe gran parte de la luz emitida enviando un 1) es el más pequeño y el Blanco (gran parte de la luz emitida por el diodo es reflejada al fototransistor y el sensor envía un 0) es el más grande; y por dimensión implica que en Pequeño objeto la distancia es pequeña y un gran objeto significa que la distancia es grande. Presenta 3 pines: Vcc, GND y OUT. En la imagen puede observarse las dos piezas claves de un sensor de infrarrojos: el diodo infrarrojo (emisor) y el fototransistor (receptor). Ambos son físicamente muy parecidos a un led común. De hecho, algunos emisores los encontramos transparentes o con un ligero color púrpura y los receptores podemos encontrarlos trasparentes o negros; estos últimos disponen de un filtro UV que les permite trabajar mejor incluso expuesto a la luz solar. Sensor de IR
Tras la calibración o ajuste, funciona por reflexión. Es decir, el diodo emisor emite luz infrarroja y el receptor, por reflexión, la detecta. Susana Oubiña Falcón
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Esquema de funcionamiento.
El siguiente link nos muestra cómo ajustar o calibrar el IR: https://www.youtube.com/watch?v=S38js8mGvKE En un sensor de luz infrarroja, el valor que nos aporta puede variar dependiendo de la intensidad del led, de la distancia entre ambos componentes e incluso por la luz natural. Por lo tanto, el fototransistor (receptor que será la salida OUT del sensor) tendrá que ser conectado a un Pin analógico para poder leer esta variación. El circuito de prueba que puede verse en la siguiente imagen es muy simple. En él se observa el led rojo conectado al pin 13 y el pin OUT del sensor conectado al pin analógico A1 de la placa arduino. Los otros cables sólo muestran la alimentación Vcc (5V) y GND:
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Circuito de prueba: Sensor óptico IR con Led Rojo. Susana Oubiña Falcón (CC-BY)
3. Objetos en el entorno S4A El programa que se crea en el entorno S4A simula la detección de un objeto por proximidad. Para ello utilizo 3 objetos: el objeto arduino, el objeto barrera y el objeto título de la práctica. Este último no presenta ningún interés en cuanto a la programación. Objeto arduino presenta tres disfraces (amarillo, rojo y verde) y será programado para encender el LED rojo de la placa arduino cuando el sensor detecte la presencia de un objeto delante del sensor de IR. El disfraz “amarillo” es el que se mostrará cuando el sensor no detecte un objeto cercano y por eso la variable “Detección” toma el valor cero. Los otros dos disfraces (rojo y verde) se mostrarán al detectar el objeto y en ellos, la variable “Detección” toma el valor 1.
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Disfraces del objeto arduino. Susana Oubiña Falcón (CC-BY)
En la simulación se ha pretendido crear una barrera de modo que esta suba y baje. Por lo tanto, mientras sube y mientras baja, el objeto no puede pasar y eso se refleja en el disfraz “rojo” (pare) del objeto arduino. En el momento en que la barrera está completamente subida, ésta se quedará quieta por unos segundos y ahí es cuando se el disfraz del objeto arduino cambia a “verde” (adelante).
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Escenario en “Detección=0”: disfraz amarillo. Susana Oubiña Falcón (CC-BY)
Escenario en “Detección=1”: disfraz rojo subida de barrera. Susana Oubiña Falcón (CC-BY)
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Escenario en “Detección=1”: disfraz verde subida completada. Susana Oubiña Falcón (CC-BY)
El objeto barrera presenta 9 disfraces que se programan de forma cíclica llamando a los respectivos disfraces del objeto arduino (amarillo, rojo y verde).
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Disfraces del objeto Barrera. Susana Oubiña Falcón (CC-BY)
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El objeto título simplemente se ha creado para mostrar en una posición determinada del escenario (99, -101) el título de la práctica. 4. Programación en el entorno S4A. El sensor de IR se programa de modo que, al detectar la proximidad de un objeto, nos avise encendiendo un LED Rojo del pin digital 13 de la placa arduino. El valor que mide el sensor en su pin OUT se refleja en la entrada analógica 1 de la placa. El sensor se ha ajustada inicialmente a una cierta distancia que se asocia con el número 100 o menor de la entrada analógica A1 (para un número superior, el objeto se considera alejado y no lo detecta, mostrándose el diodo rojo apagado). Para facilitar la compresión del programa se ha creado una variable que llamo “Detección” y que tomará 2 valores: 1 en el caso de que detecte al objeto en cercanía y 0 si el objeto no es detectado. El programa es muy sencillo y se muestra en la siguiente imagen:
Programación del sensor IR en el objeto arduino. Susana Oubiña Falcón (CC-BY)
Inicialmente el objeto arduino se muestra con el disfraz amarillo en una posición determinada del escenario. Sólo resta programar la aparición de los disfraces “rojo” y “verde” a partir del objeto “barrera”:
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Programación de los disfraces del objeto arduino. Susana Oubiña Falcón (CC-BY)
En el objeto “Barrera” sólo debe programarse la secuencia de aparición de sus disfraces, así como el momento en que se activan. Inicialmente, cuando el objeto arduino presenta el disfraz “amarillo” la barrera debe estar en el disfraz horizontal (barrera-azulgris) y la variable “Detección” toma el valor cero, pero al detectar el sensor el objeto (Detección=1), los disfraces de la barrera deben ir pasando secuencialmente (4 disfraces implica un bucle de repetición de 4 unidades) hasta lograr mostrar la barrera subida. Allí, el disfraz del objeto arduino debe cambiar a “verde” durante unos segundos y ponerse en “rojo” cuando la barrera vuelva otra vez a bajar (otros 4 disfraces y por este motivo usamos un bucle de 4 repeticiones de cambio de disfraz). El programa que refleja esta secuencia es el siguiente:
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Programación del objeto “Barrera”. Susana Oubiña Falcón (CC-BY)
Finalmente, el objeto título se programa para que aparezca un texto en una determinada posición del escenario. En concreto, en (99, -101).
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5. Vídeo demostrativo del funcionamiento de la práctica El vídeo que muestra el funcionamiento de la práctica “Detección de un objeto por medio de un sensor óptico de IR” se visiona en el siguiente link: https://vimeo.com/126683857
“Detección de un objeto por medio de un sensor óptico de IR” en S4A. Susana Oubiña Falcón
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