practicas de instrumentación básica_mod

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NAYARIT

ÁREA DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍAS

COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

PRACTICAS DE INSTRUMENTACIÓN BÁSICA

ING. LUIS ALBERTO CÁRDENAS MURILLO

Tepic Nayarit a 6 de Mayo de 2011

Ingeniería electrónicaU.A. Instrumentación BásicaInstructor: Ing. Luis Alberto Cárdenas Murillo

1.Medición de distancia y ángulo por medio de sensores resistivos.

Descripción: Diseñar un sistema que sea capaz de entregar mediciones de distancia o ángulo por medio de potenciómetros de uso común (potenciómetro lineal y potenciómetro con perilla) acoplados mecánicamente a una regla o a un transportador según sea el caso. Para la etapa de acondicionamiento y visualización se utilizaran amplificadores operacionales en una configuración de comparador (8 en total) interconectados en las terminales no inversoras y hacia el sensor, en la salida de cada comparador será colocado un LED permitiendo observar el instante en que el cursor del potenciómetro se encuentre en el punto a medir. Los LED se encenderán de modo consecutivo conforme se mueva el cursor del sensor.

Nota: Ver figura A1 para ver un ejemplo de la configuración de los amplificadores operacionales.

Figura 1. Ejemplos de sensores resistivos comerciales, se pueden apreciar el cursor o vástago deslizante.

Figura A1. Circuito utilizado para acondicionar y visualizar por medio de LED.


Placas Totalmente

Aisladas

Separación Mínima

Terminales

Recipiente conAgua, aceite,

etc.

2.Medición de Nivel por medio de sensores capacitivos

Descripción: Diseñar un sistema que sea capaz de entregar mediciones de nivel en un depósito (usar un recipiente de plástico) por medio de un sensor capacitivo. El sensor será construido con materiales comunes, usar 2 laminas de metal de 30 cm x 2.5 cm x 0.2 cm (cobre, acero, aluminio, etc.) cubiertas con aislante (pintura, cinta aislante, Termofit, etc.) y colocarlas unidas mecánicamente por sus extremos a una distancia de 4 a 6 mm, esto debe permitir que el agua pase a través de este. Para observar el nivel se colocara una regla en el exterior del recipiente.

Circuito de prueba: Para alimentar al sensor se utilizara una señal senoidal de amplitud conocida y frecuencia mayor a 10 KHz, es necesario colocar una resistencia en serie al sensor para tener un divisor de voltaje (considere la impedancia del capacitor para calcularla el valor resistivo). La señal recuperada del divisor de voltaje se introducirá en un rectificador para después filtrarla y así obtener una señal de CD. Vea el circuito de la figura A1 y 4.

Nota: Para rectificar la señal de CA utilice diodos 1N4148 para evitar problemas con la frecuencia de conmutación.

Figura 2. Sensores capacitivos para la medición de nivel.

Figura 3. Sensor capacitivo a construir.


Figura 4. Circuito de acondicionamiento y despliegue para el sensor capacitivo.

3.Medición de temperatura mediante LM35

Descripción: Diseñar e implementar un Termómetro con una resolución de 1 ºC y capaz de medir de 0 a 99 ºC, utilizar un sensor (LM35) acoplándolo mediante un ADC de 8 bits, memoria UVPROM y decodificadores BCD a 7 segmentos. Para su despliegue utilizar display de 7 segmentos.

Figura 5. Diagrama a bloques para termómetro digital.

Figura 6. Vista del sensor de temperatura LM35 y ejemplo de PCB para su uso practico.


SENSOR ADC MEMORIA BCD – 7 SEG DISPLAY’S

4.Medición de distancia mediante LVDT

Descripción: Esta práctica consiste en construir un LVDT, el cual, pueda ser empleado para medir distancia de forma lineal. Para esto será necesario conseguir los siguientes materiales: 1 Ferrita de 6 a 8 cm de largo (Se puede conseguir de un radio inservible), 1 acetato, varios metros de cable esmaltado o cable magneto de calibre 24 o 26, pegamento instantáneo, cinta, 2 palitos redondos utilizados para paletas o banderas y mucha paciencia.

Procedimiento para construir el sensor: Tomar la Ferrita y enrollarla con un trozo de acetato permitiendo que está se deslice suavemente en el interior, pegar con la cinta a lo largo de todo el acetato formando un tubo, haga unas marcas indicando el inicio y final de la ferrita en el tubo, retire la ferrita y enrolle el cable alrededor del tubo formando 3 bobinas de igual tamaño (la suma de las 3 bobinas deben cubrir hasta las marcas que se dejaron en el tubo), es necesario dejar las puntas de las bobinas al descubierto 8 cm c/u. Para evitar que las bobinas se deshagan mientras son formadas utilice el pegamento instantáneo para pegar las bobinas cada cierta cantidad de vueltas. Para quitar el esmalte utilice un encendedor o cerillo para quemar el esmalte y después raspe con una navaja. Los palitos se deben pegar a los extremos de la ferrita, esto nos permitirá desplazarla a lo largo del tubo.

Nota: Es necesario que la ferrita se deslice suavemente en el interior del tubo, si no es así, deberá realizar nuevamente el tubo y los arrollamientos.

Circuito de prueba: Primeramente hay que conectar las dos terminales de las bobinas secundarias, tal como se muestra en la figura 7. Se deberá introducir una señal senoidal a la bobina primaria del sensor con una amplitud conocida y una frecuencia mayor a 10 KHz, las bobinas secundarias se conectaran a un detector de envolvente, el cual consta de un diodo y un filtro RC para obtener una señal de CD y así conectarlo al circuito de la figura A1 para su visualización. Realice unas marcas en uno de los palitos y coloque una referencia en el tubo para realizar las mediciones y ajustes necesarios.

Figura 7. Conformación de un LVDT y modo de funcionamiento, notar la inducción generada en las bobinas secundarias.


Figura 8. Circuito acondicionador para LVDT.

5.Detección de presencia mediante sensor Piroeléctrico

Descripción: Esta práctica consiste en detectar presencia humana utilizando un sensor piroeléctrico infrarrojo, este dispositivo es capaz de detectar la radiación que emite el cuerpo debido a la temperatura del mismo, normalmente se utiliza una lente especial llamada lente de fresnel, esta le permite tener una vista parecida a lo que se aprecia en la figura 9, observe que estos sensores cuentan con una ventana transparente. Vea figura 10.

Figura 9. Ejemplo de la visión en el piroeléctrico. Figura 10. Distintos sensores piroeléctricos

El acondicionamiento de una manera general se muestra en la figura 11, podrá notar que el acondicionamiento habitual consta de amplificadores y comparadores.


Figura 11. Acondicionamiento de un sensor Piroeléctrico.

Como habrá de notar, es necesaria una lente para direccionar la luz infrarroja hacia la ventana del sensor, esto se muestra en la figura 12.

Figura 12. Lentes usadas para guiar la luz infrarroja hacia el sensor PIR.

Los circuitos acondicionadores normalmente tienen a la salida un relevador o etapa de potencia para encender o apagar lámparas, alarmas, etc. (vea ejemplos de acondicionamiento en las figuras 13 y 14)

Figura 13. Circuito de acondicionamiento para sensor PIR.


Figura 14. Circuito de acondicionamiento para sensor PIR.

Figura 15. Terminales del sensor piroeléctrico.

Nota: La lente de fresnel normalmente es difícil de conseguir ya que solo la encontraran en detectores de presencia comerciales. Si no se consigue, trabaje con el sensor y su acondicionamiento.


6.Detección de colores mediante sensores ópticos

Descripción: En esta práctica se diseñara un dispositivo capaz de detectar 3 colores, siendo estos: Rojo, verde y azul, pudiendo discriminar entre cualquiera de ellos. El sensor deberá mostrar un estado inactivo (apagado) si no hay objetivo.

El despliegue de resultados se mostrara por medio de tres LED, cada uno de ellos se encenderá con un color diferente de objetivo, es decir, cada color enciende un solo LED.

Procedimiento para construir el sensor: Existen dos métodos para detectar los colores, a continuación se describen.

a) Se utilizan 3 LED de colores azul, verde y rojo (ver figura 16), de tal forma que en el receptor se disponga un fotodiodo, este captara la luz reflejada desde el objetivo. Vea la figura 16.

Sera necesario colocar los LED en una caja obscura que permita salir la luz y así reflejarse contra el objetivo (Recuerde las propiedades que tiene la luz, de ser necesario investigue al respecto).

Figura 16. Sensor de colores empleando fotodiodo.

b) Utilizando una fotorresistencia como receptor y como emisor un foco o LED de luz blanca. Cuando la luz blanca se refleja en un objetivo de color cambiara sus características, en este caso, su longitud de onda. (Imagine una situación en la que se coloca una camisa, por ejemplo de color rojo, si se pone cerca de una fuente de luz como el sol, lámpara, etc. Podrá notar un color rojizo en su propio cuello y cara. Observe este efecto experimentando).

Para tener una mejor sensibilidad en el receptor utilice una caja negra que permita salir la luz hacia el objetivo y obtenerla por reflexión en la fotorresistencia.


Figura 17. Fotorresistencia comercial.

Nota: los circuitos de acondicionamiento van a diferir dependiendo el método empleado para detectar los colores, sin embargo puede usarse el siguiente diagrama a bloques para formularse una idea. Vea figura 18.

Cuando se utiliza fotorresistencia es necesario un divisor de voltaje para después colocar las etapas que podrían ser, amplificación, reducción de offset y comparación.

Nota: La fotorresistencia tiene la propiedad de cambiar su resistividad dependiendo de la luz.

Cuando se utiliza fototransistor, este proporcionara un voltaje en función de los colores recibidos y de la intensidad, la resistencia colocada en el colector permitirá cambiar la sensibilidad.

Nota: El fototransistor tiene la cualidad de detectar la luz actuando como la corriente de base y así entregar una salida de voltaje variable. También permite tener los efectos de saturación y corte de un transistor normal.

Figura 18. Acondicionamiento de sensores de color.


7.Detección de posición mediante encoder absoluto.

Descripción: El encoder óptico se puede encontrar en dos categorías, los absolutos y los relativos. En los primeros, se puede saber con exactitud la posición en la que se encuentran debido a que presentan la información denominada “casi digital” (Ver figura 19). Los codificadores relativos presentan la información en forma de pulsos variables en tiempo (Se podrá observar un tren de pulsos). Ver figura 20.

En esta práctica se realizara un codificador absoluto de 4 bits.

Procedimiento: Es necesario conseguir un disco inservible (R, RW, DVD, etc.) y quitar el reflejante que se encuentra en una de sus caras, después, colocar tiras de cinta adhesiva de tal forma que conformen el código que se quiera imprimir en el disco (binario, GRAY), hecho esto, se procederá a pintar con esmalte negro la cara del disco donde se encuentra la cinta, cuando haya secado la pintura se retira la cinta.

Se utilizaran 4 emisores y receptores infrarrojos para obtener el código inmerso en el disco, utilice fototransistores como receptor.

Para visualizar la posición en la que se encuentra el disco con respecto a los sensores se diseñara e implementara un circuito tal que lo permita, puede basar su funcionamiento en la figura 21.

Figura 19: Encoder absolutoObserve los emisores y recetores infrarrojos empleados para indicar la posición.

Figura 20. Encoder incremental. Nótese que la salida se representa mediante un tren de pulsos y solo se necesita un emisor y receptor.


ENCODERRDISPLAY’SBCD – 7 SEGMEMORIA

Figura 21. Diagrama a bloques para visualizar posición.

8.Medición de temperatura con termopares

Descripción: Realizar el acondicionamiento de un termopar para mostrar la temperatura con un rango de 00 - 99 ºC.

Procedimiento: Un termopar es considerado como un sensor generador debido a que este proporciona una diferencia de potencial entre sus terminales en función de la temperatura, esto se debe a una fuerza termo-electromotriz (Efecto Seebeck), normalmente se construyen con diversos materiales conductores y por ello muestran diferentes tipos de respuesta así como en su rango de medición. Ver figura 22.Es necesario (imprescindible) conseguir un termopar, habitualmente los encontraremos en los multimetros u otros aparatos electrónicos para medir temperatura, también es posible adquirirlos en tiendas especializadas, el acondicionamiento es la parte crucial de esta práctica debido a que la señal que entrega el termopar es muy pequeña (del orden de los µV/ºC), por tal motivo es necesario diseñar o adquirir un amplificador de instrumentación para evitar señales no deseadas. El diseño a bloques se muestra en la figura 23.

a) b)

Figura 22. Ejemplos de termopares. a) El termopar se encuentra constituido de dos metales observe metal A y B. b) Los termopares se encuentran en muchas presentaciones dependiendo del uso.

Figura 23. Diagrama a bloques para termómetro digital usando termopar.


SENSOR ADC MEMORIA BCD – 7 SEG DISPLAY’SAMPLIF.INSTRUM.

9.Detección de vocales mediante filtros

Introducción: Las series de Fourier constituyen la herramienta matemática básica del análisis de Fourier empleado para analizar funciones periódicas a través de la descomposición de dicha función en una suma infinitesimal de funciones senoidales mucho más simples (como combinación de senos y cosenos con frecuencias enteras). Vea figura 24

Figura 24. Descomposición de un tren de pulsos en series de funciones senoidales.

Es una aplicación usada en muchas ramas de la ingeniería, además de ser una herramienta sumamente útil en la teoría matemática abstracta. Áreas de aplicación incluyen análisis vibratorio, acústica, óptica, procesamiento de imágenes y señales, y compresión de datos. En ingeniería, para el caso de los sistemas de telecomunicaciones, y a través del uso de los componentes espectrales de frecuencia de una señal dada, se puede optimizar el diseño de un sistema para la señal portadora del mismo.

Aunque el tono y la intensidad del habla están determinados principalmente por la vibración de las cuerdas vocales, su espectro está fuertemente determinado por las resonancias del tracto vocal. Los picos que aparecen en el espectro sonoro de las vocales, independientemente del tono, se denominan formantes. Aparecen como envolventes que modifican las amplitudes de los armónicos de la fuente sonora.

Las vocales se producen como sonidos y cada una tiene su espectro propio: la A y la U tiene fundamental y tercer armónico fuertes, segundo y cuarto débiles; la E y la O, más o menos lo contrario, fundamental y tercer armónico débiles, segundo y cuarto fuertes; la I tiene los primeros armónicos débiles y el quinto y sexto fuertes. Las consonantes se clasifican más bien como ruidos y son de dos clases: silenciosas, en que no intervienen las cuerdas vocales, y habladas en que sí toman parte. La mayoría de las consonantes se originan algo bruscamente, por lo que contienen armónicos transitorios.

La inteligibilidad oral se debe a las altas frecuencias. Para que el habla sea comprensible, es indispensable la presencia de armónicos cuya frecuencia se halla entre 500 y 3500 Hz. Por otra parte, la energía de la voz está contenida en su mayor parte en las bajas frecuencias y su supresión resta potencia a la voz que suena delgada y con poca energía.

En la tabla 1 se muestran algunos de los formantes que constituyen a las vocales así como su ancho de banda.


VOCAL F1 B1 F2 B2 F3 B3 F4 B4 F5 B5A 600 100 1200 140 2250 300 3800 140 4400 200E 400 60 1650 160 2500 370 3500 160 3856 200I 280 40 2050 160 2780 270 3440 210 3915 200O 460 70 1100 120 2250 310 3400 100 4000 200U 310 75 1100 190 2600 250 3300 210 3752 200

Tabla 1. Formantes de las vocales.

Figura 25. Detección de audio para acceso a información.

Figura 26. Espectro de frecuencias para onda acústica.

Descripción: Diseñar un circuito que permita identificar una de las vocales por medio de los valores mostrados en la tabla 1.

Procedimiento: Diseñar e implementar un arreglo de 3 filtros por medio de los valores mostrados en la tabla 1. Considere cuales rangos de frecuencia son los más adecuados para los filtros, ya hecho esto, utilice un micrófono y un preamplificador para introducir el audio. Implemente un comparador a la salida de cada filtro e implemente un circuito digital para determinar con un LED cuando la vocal sea pronunciada. Vea figura 27.

Nota: Entre el filtro y la etapa de comparación puede ser necesario colocar un rectificador y un filtro para obtener una señal de CD.


Figura 27. Diagrama a bloques para detector de vocales.

10. Medición de RPM mediante sensor de efecto Hall

Descripción: Diseñar un sistema electrónico capaz de medir R.P.M. (Revoluciones Por Minuto) en un motor de CD por medio de un sensor de efecto hall.

Procedimiento: Coloque un pequeño imán acoplado al eje de un motor de CD, de manera externa y muy próximo al imán coloque el sensor de efecto Hall, este sensor permitirá detectar el campo magnético cada vez que pase por él. El sensor producirá a la salida un tren de pulsos con una frecuencia proporcional a las R.P.M. esta señal debe ser interpretada y desplegada por medio de un sistema digital.

Nota: Recuerde que la frecuencia se mide considerando los eventos ocurridos en un lapso de un segundo. Si se considera ½ segundo, el resultado se multiplica por 2. Si se considera ¼ de segundo, el resultado se multiplica por 4.

Figura 28. Acoplamiento del sensor de efecto Hall.


MICROFONO FILTRO1RECTIFICADOR

YFILTRO

COMPARADOR CIRC. DIGITAL

PRE-AMP

FILTRO2

FILTRO3

LED INDICADOR

RECTIFICADORY

FILTRO

RECTIFICADORY

FILTRO

COMPARADOR

COMPARADOR

Figura 29. Salida entregada por un sensor de efecto Hall tipo switch.

Figura 30. Diagrama a bloques para medición de R.P.M..

Procedimiento: El sistema puede implementarse básicamente como se muestra en la figura 26.

Figura 31. Diagrama a bloques del procesado de la señal para obtener mediciones de R.P.M.

11. Medición de corriente eléctrica mediante transformador de corriente.

Descripción: Diseñar y construir un sistema capaz de medir la corriente eléctrica (AC) circulante a través de un conductor eléctrico con una resolución minima de 100 mA y un rango de medición de 100 mA – 1 A.


SENSORBCD – 7 SEG DISPLAY’SMED. DE

FRECUECIA

Contador de pulsos

Captura de datos del contador

Base de tiempo (1 Seg.)

R.P.M.= contador por 60 segundos

Entrada de pulsos Despliegue de

R.P.M.

N

SSensor Hall

Diente

Campomagnético

Salida delsensor

Ranura

VCC

VSAT

Procedimiento: El cable a medir pasa por medio de un núcleo magnético que tiene bobinado un secundario que proporciona una tensión proporcional a la corriente que circula por el cable. Utilice un toroide “dona” y cable magneto para implementarlo.

Nota: La cantidad de espiras en el sensor deben ser las suficientes para captar la corriente (aprox. 100 vueltas usando alambre magneto cal. 18)

a) b)

Figura 32. a) Toroide, espiras de alambre y cable donde se quiere realizar la medición. b) Sensor

de corriente comercial.

12. Detección de sustancias liquidas mediante cambios de conductividad.

Descripción: Diseñar un sistema capaz de identificar la concentración de una sustancia en agua.

Procedimiento: El sensor a utilizar es básicamente dos electrodos fijados en un soporte de tal manera que se mantengan a una distancia fija entre ellos, los electrodos puede ser de acero inoxidable o acero común (no use materiales distintos en los electrodos, tampoco utilice materiales que reaccionen fácilmente con las sustancias).

Se colocara agua en un recipiente hasta una marca conocida (ojo, el agua agregada debe reunir las mismas características, por tanto debe proceder del mismo lugar). Coloque el sensor siempre en la misma posición y mida los cambios de impedancia provocados cuando se agrega la sustancia.

Implemente un divisor de voltaje para recuperar la señal y acondicionarla, vea la figura 34.

Nota: la concentración se observara en los display con un rango de 0-100 gramos del producto añadido.

Figura 33. Recipiente con sensor instalado.


Figura 34. Diagrama a bloques para despliegue de concentración.

Figura 35. Electrodos para medir la concentración en soluciones liquidas.

13. Interruptor óptico por medio de filtros.

Descripción: Diseñar un sistema electrónico capaz de distinguir entre dos señales infrarrojas de tal forma que no se produzca un error de detección a pesar de la proximidad entre ellas.

Procedimiento: Paso 1. Implemente dos generadores de señal “cuadrada”, el primero con una frecuencia de 5 kHz, el segundo con una frecuencia de 10 kHz. A la salida de los generadores se colocaran emisores infrarrojos. Paso 2. Diseñe e implemente dos filtros pasabanda con las frecuencias centrales mencionadas en paso 1 con un ancho de banda de 1 kHz, en la entrada de los filtros coloque un fototransistor para obtener la señal generada. A la salida de los filtros coloque un circuito discriminador que permita identificar cual de las dos señales es captada.


SENSOR ADC MEMORIA BCD – 7 SEG DISPLAY’S

Figura 36. Diagrama a bloques del detector infrarrojo (aproximación)

Figura 37. Símbolo del fototransistor.

14. Medición de presión

Descripción: Diseñar y construir un sensor de presión capacitivo.

Procedimiento: Implemente un dispositivo parecido al que se muestra en la figura e implemente un circuito basado al de la practica 2 para su acondicionamiento.Calibre el sensor usando un manómetro instalado en un compresor u otro dispositivo que permita medirla y modificarla.

Nota: El dispositivo para recabar la señal puede cambiar dependiendo de la creatividad del alumno, sin embargo el sensor capacitivo deberá permanecer inalterado.


Oscilador Astable Fototransistor Filtro pasabajas

RECTIFICADORY

FILTRO

Comparador Emisor IR

No existe unión física, solo el haz de luz. Ahí se coloca el obstáculo.

Figura 38. Dispositivo para medir presión (vista general).

Figura 39. Sensor de presión comercial del fabricante Motorola (Freescale) de la serie MPX.

15. Medición de distancia mediante ultrasonido.

Descripción: Diseñar e implementar un medidor de distancia por medio de ultrasonido.

Procedimiento: Use las notas técnicas anexas a este documento, implemente el circuito propuesto y programe las partes necesarias (En caso de no saber programar auxíliese con sus compañeros o maestro a cargo).

a) b)


Figura 40. a) Transmisor y receptor ultrasónicos, b) Aplicación de sensor ultrasónico al detectar objetos.

16. Medición de humedad relativa con sensores capacitivos.

Descripción: Diseñe e implemente un medidor de humedad relativa con un rango de 20 % a 100 % a una temperatura ambiente.

Procedimiento:El sensor lo forma un condensador de dos láminas de oro como placas y como dieléctrico una lámina no conductora que varía su constante dieléctrica, en función de la humedad relativa de la atmósfera ambiente. El valor de la capacidad se mide como humedad relativa.

Dada la necesidad de características especiales en el sensor este no se construirá, pero es indispensable un circuito de acondicionamiento para tener una lectura hacia el usuario. Puede basarse en el siguiente esquema para su realización.

Figura 41. Diagrama a bloques del acondicionamiento del sensor.

a) b)

Figura 42. a) Símbolo representativo del sensor de humedad, b) Sensor de humedad comercial.

17. Detección de incendio.

Descripción: Diseñe e implemente un sistema detector de incendios el cual pueda medir temperatura y detectar el humo en una habitación.Procedimiento: Como se puede apreciar en las siguientes figuras, es necesario tener una fuente de luz y un foto-detector para percibir las partículas del humo. Este detector debe estar totalmente aislado.


La medición de temperatura se debe hacer en el exterior del detector de humo, deberá considerarse una temperatura máxima en la habitación (considere épocas calurosas, zona del país, etc.) para detectar una anormalidad (por ejemplo temp. Max. 28 ºC temp. Anómala 50 ºC). Puede usar un lm35.

Nota: Recuerde que puede haber fuego sin haber suficiente humo para ser detectado, por lo tanto la alarma se debería activar. También puede existir riesgo cuando se presenta humo denso por lo tanto la alarma se debe activar. Y obviamente se activaría la alarma si se presentan ambos casos.

Figura 43. Detector de humo.

18. Detector de presencia capacitivo.

Descripción: Diseñe e implemente un detector de presencia capacitivo.

Procedimiento: Implemente un dispositivo similar al mostrado en la figura, consta básicamente de un divisor de voltaje y añadido a él, se encuentra una placa metalica de al menos 20 cm X 20 cm unido por un cable. Cuando se acerca la mano u otro cuerpo cargado electrostáticamente produce un cambio en la impedancia, haciendo que la salida sea mayor o menor dependiendo la distancia del cuerpo. La alimentación del circuito es de tipo senoidal, por tal motivo, se procederá a rectificar y filtrar la señal para poder realizar las comparaciones requeridas.

Debe haber al menos 3 niveles y se desplegaran mensajes como se muestra a continuación:a) Nivel 1. Primer advertencia “ Aléjese por favor”.b) Nivel 2. Segunda advertencia “Zona no autorizada, aléjese”.c) Nivel 3. Tercer advertencia “Violación de zona” y suena una alarma (use un buzzer de

frecuencia variable, impleméntelo con PWM).Nota: Recuerde que la carga estática en cada persona puede variar, al igual puede cambiar con respecto a la ropa y otros factores, caracterice su equipo el día de entrega.


Figura 44. Detector de presencia capacitivo.

19. Medición de caudal en líquidos.

Descripción: Diseñar e implementar un medidor de caudal de tipo turbina.

Procedimiento: Como puede apreciar en la figura 45, el sensor consta de una turbina acoplada en el interior de un tubo, en una de las hélices de la turbina se adhiere un pequeño imán permanente para que pueda ser detectado por un sensor de efecto Hall desde el exterior del tubo.

Cuando el líquido pasa a través de la turbina produce movimiento en ella, esto propicia que a la salida del sensor de efecto Hall se tenga un tren de pulsos con una frecuencia proporcional al caudal.

El caudal puede expresarse en m3/s, litros/min, etc. En esta práctica se pedirá que el resultado se muestre en litros por minuto, es necesario contar con dos depósitos, una válvula manual y una bomba de agua pequeña. La bomba permitirá que el flujo de agua se mantenga constante y la válvula permitirá cambiar el caudal (Vea figura 46).

Deberá caracterizar la frecuencia de salida en el sensor contra el caudal medido de forma manual. Para conseguir la caracterización, es necesario colocar marcas en la llave, al menos 8, para tener grados de apertura diferentes. En el recipiente se colocaran marcas indicando los litros, y así, se medirá el tiempo necesario para cambiar un litro de un deposito al otro. Apunte todos los datos recobrados en una hoja de cálculo de Excel y use las opciones de graficar, después obtenga la ecuación correspondiente.

Realice un programa en el microcontrolador para convertir la frecuencia en medida de caudal litros/minuto.

Nota: El sensor de efecto Hall debe ser de tipo interruptor.


Figura 45. Sensor de caudal por medio de turbina.

Figura 46. Depósitos de agua conectados y sensor de caudal.

20. Medición de altura con la sombra.

Descripción: Diseñar e implementar un sistema capaz de obtener la altura de un objeto a través de la sombra proyectada.

Procedimiento: Es necesario contar con una caja que permita tener obscuridad total, para obtener la sombra del objeto coloque una fuente de luz en su interior haciendo que la sombra se proyecte en el suelo de la caja. Para medir la sombra, coloque una serie de fotorresistencias en la base de la caja cerca de donde se colocaran los objetos (20 como mínimo).

Los sensores colocados deberán permitir tomar la altura del objeto (tamaño de objeto 30 cm máximo) en escala y el resultado se mostrara en el LCD de manera natural. Ejemplo si la sombra proyecta sombra abarcando un sensor, entonces el objeto mide 1.5 cm.

Nota: Para tener un rango amplio de medición en la sombra se pueden utilizar celdas solares como las empleadas en calculadoras (2 al menos) conectadas en serie en lugar de las fotorresistencias.

Figura 47. Medición de altura de un objeto por la sombra proyectada.


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