Taller N°3: Sensores de seguridad digital

Sensores y actuadores digitales

1. Sensores digitales:

Los sensores son dispositivos con la capacidad de detectar las distintas variables físicas dentro de un entorno, estos “estímulos” son transformados en señales eléctricas los cuales pueden ser usados para dar, por ejemplo, la medición de la temperatura de un cuarto, la velocidad a la que se transporta un objeto, la altura a la que se encuentra, etc.

Los sensores digitales son aquellos sensores los cuales pueden transformar alguna variable física en una señal eléctrica la cual varía entre dos estados de 5v y 0v, lo que en la lógica digital conocemos como 1 y 0 correspondiente al lenguaje binario que los sistemas digitales hacen uso. A continuación, se nombraran algunos sensores, su funcionamiento y plano esquemático:

• Sensor de agua (lluvia)
• Nombre: 
• Sensor de agua T1592P para arduino

• Funcionamiento:
• Este es un sensor capaz de detectar la presencia de lluvia gracias a que dispone de dos contactos entrelazados, pero sin entrar en contacto entre ambos, los cuales mediante la variación de voltaje al cerrarse el circuito por la presencia de humedad es capaz de dar una señal ya sea analógica o digital (dependiendo del tipo de sensor), en el caso de los sensores digitales sólo son capaces de detectar la presencia de agua ya que la señal de salida cuando se sobrepasa cierto umbral de humedad dando como resultado una señal  LOW o  0 cuando no hay presencia de lluvia y HIGH o 1 cuando existe hay la presencia de lluvia; en el caso de los sensores analógicos son capaces de medir la cantidad de humedad presente ya que la señal de salida varía en un amplio rango el cual puede ir desde 0 cuando la placa está totalmente mojada hasta 1023 cuando la placa esta seca, este rango da la posibilidad de medir solo la cantidad de humedad en el ambiente pero no la cantidad de agua acumulada. Algunas placas se les puede modificar la sensibilidad con la que detectan la humedad gracias a que incorporan un potenciómetro con el que pueden modificar la intensidad de la señal de salida.
• Descripción de los terminales de entrada / salida y conexion:
• Este es un sensor analógico el cual dispone de 3 terminales de conexión.
• Los dos primeros terminales son de entrada, los cuales son de energía (5v) y tierra (GND) estos están ubicados en los extremos.
• El tercero corresponde al terminal de salida de señal analógica, este terminal está ubicado en medio de los terminales de energía y tierra.
• Algunos sensores poseen la característica de poder realizar conexiones tanto digitales como analógicas.

• Video demostrativo:

• Sensor de flama (Fuego) infrarrojo
• Nombre: Sensor de flama (fuego) infrarrojo KY-26

• Funcionamiento:
• Este sensor funciona detectando y midiendo la emisión de luz infrarroja asociada al calor producto de la combustión, la longitud de onda infrarroja emitida por la combustión varía dependiendo del material que se esta consumiendo, liberando un rasgo distintivo el cual el sensor recoge y emite una señal dependiendo del rango al que esté calibrado, este rango puede ir desde longitudes de onda de 4400nm-4600nm, este rango de medición da como resultado una señal analogica y digital, las cuales se pueden usar para determinar la presencia de combustión y la temperatura
• Descripción de los terminales de entrada / salida y conexion:
• Este es un sensor el cual es capaz de emitir una señal digital y analógica, por lo cual dispone de 4 terminales de conexión dos de entrada y dos de salida de señal.
• Dos terminales de entrada corresponden al de energía los cuales pueden ir desde los (3 ~ 5v) y la conexión a tierra (GND), estos están ubicados en el extremo izquierdo de la placa.
• Los dos termines de salida corresponden a la salida de señal digital y analógica, están ubicados en el extremo derecho de las terminales.

• Video demostrativo

      2.  Actuadores digitales:

Los actuadores son aquellos dispositivos los cuales mediante la fuerza neumática, hidráulica o motriz le permite al sistema “actuar” o “interactuar” con el mundo real, realizando alguna acción deseada.

Los actuadores se pueden dividir en dos clases los digitales los cuales solo poseen dos estados de acción y los analógicos los cuales dependiendo del rango de señal estos realizan acciones de acuerdo a estos rangos como por ejemplo las revoluciones de un ventilador. A continuación, se va a presentar algunos actuadores:

• Modulo rele
• Nombre: Modulo rele para arduino

• Funcionamiento:
• El módulo relé es un interruptor que se puede activar mediante una señal eléctrica digital, esto acciona un electro-imán que cuando es excitado mueve el contacto eléctrico de conectado a desconectado o viceversa, dando paso energía AC O DC a un sistema que requiera de un consumo eléctrico mayor.
• Descripcion de los terminales de entrada / salida y conexion:
• Este actuador posee 6 puestos de conexión, los cuales tres corresponden a puertos de entrada y 3 puertos de conexión eléctrica.
• Los puertos de entrada se encuentran en la parte posterior de la placa y corresponden l de energía (5v), tierra (GND), y señal.
• Los puertos de conexión pertenecientes al relé se encuentran en el lado opuesto de la placa y corresponden a las conexiones común, siempre abierto y siempre cerrado del relé.

• Video demostrativo:

• Servomotor
• Nombre: Servomotor SG90

• Funcionamiento:
• El servomotor es un motor DC con la capacidad de ubicar su eje en una posición o ángulo determinado, internamente posee una caja reductora la cual aumenta el torque y reduce la velocidad, un potenciómetro se encarga de censar la posición del eje y una pequeña tarjeta electrónica que junto al potenciómetro forman un control de lazo cerrado, dependiendo de la señal PWM se puede determinar el ángulo de giro del eje del servomotor.
• Descripcion de los terminales de entrada / salida y conexion:
• Este actuador funciona mediante una conexion de 3 puertos de entrada los cuales se conectan a la placa de control (arduino) mediante un cable terminado un un plug de conexion.
• El cable de conexion esta identificado por un código de 3 colores.
• Cable marrón: tierra (GND).
• Cable rojo: energía, los servomotores pueden ser accionados dentro de un rango de 3~8v.
• Cable amarillo: señal analogica.

• Video demostrativo:

   3. Planteamiento de problema y solución

Se desea crear un sistema de riego automático para un pequeño jardín, este sistema de riego automático debe de cumplir con los siguientes requisitos y condiciones para su funcionamiento, como también para lograr el mayor ahorro de agua posible:

• El sistema se activa cuando la célula fotovoltaica detecta si es de noche.
• El sistema se activa cuando el sensor de humedad que está ubicado en la tierra detecta que esta se encuentra seca.
• Cuando el tanque esté vacío, el sensor de humedad dentro de este detiene de forma instantánea todo el sistema.
• Cuando el tanque esté vacío, se enciende una lámpara indicando su estado.

El circuito cuenta con las siguientes entradas:

A: Señal del sensor del tanque

Tanque lleno: 1, Tanque vacío: 0

B: Señal de la célula foto eléctrica

Día: 1, Noche: 0

C: Señal del sensor de la tierra

        Tierra húmeda: 1, Tierra seca: 0

Y: Señal que acciona la bomba de agua

        Bomba de agua activa: 1, Bomba de agua desactivada: 0

      La lámpara que indica el estado del tanque corresponde a la simple negación emitida por el sensor de humedad presente en el tanque de agua, por lo que implementando en el simulador:

Sistema regando

Sistema detenido por falta de agua

  4. ¿Qué aprendí de esta experiencia?

Aprendí que existe una amplia gama de sensores los cuales pueden ser empleadas para una gran cantidad de entornos, ya sea para determinar el estado de este o solo para tener un control del mismo, también es que estos sensores pueden ser empleados en conjunto para una tarea específica, como por ejemplo un dron capaz de determinar la concentración de gases dentro de una recamara con o también determinar la temperatura, etc. Esto sin exponer a las personas a tal entorno hostil. También si esto es usado en conjunto con actuadores como, por ejemplo, un conjunto de servomotores para mover un brazo mecánico, con la finalidad de manipular algún material nocivo, da las posibilidades de crear sistemas los cuales pueden facilitar el trabajo para las personas dentro de un entorno especifico o condiciones específicas.

Descarga de informe completo (recomendado): https://mega.nz/#!FRUxFIbC!RG8FA34aFMSw1hiG-0eNLQ-hoOz4w6e3DshmuQvzrDg

Simulación del circuito: https://www.tinkercad.com/things/6PGQliMZWXt