Prácticas de Instrumentación Sensor de luz
Miguel Ceballos; Verónica López; Luis López; Ángel Mendoza; Martín Silva INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COLIMA
Departamento de Ingeniería Mecatrónica
Av. Tecnológico No. 1 villa de Álvarez C.P. 28976 Tel: 312 99 20 Fax: 314 0683.
Resumen— En el presente reporte se mostrara de una forma clara y entendible para personas con bajo conocimiento en el área de instrumentación, como realizar una práctica de un sensor de luz, asimismo nos apoyaremos con material didáctico como son imágenes, códigos de programación y videos;
con la finalidad de que dicho reporte en mención sea una guía o comúnmente como una receta, de la realización de la práctica de un sensor de luz.
I. INTRODUCCIÓN
El presente documento es una guía de cómo se puede realizar un sensor de luz digital, donde se aprenderá paso por paso y con explicaciones claras que materiales son los que se utilizan. Un sensor de luz es un dispositivo que mide la intensidad de la luz que se encuentra en un área determinada, haciendo una impresión visual para el usuario debido a que es un sensor de luz digital.
II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Realizar un sensor de ángulo digital con el cual se interprete claramente y de forma precisa el ángulo en que se encuentra un objeto.
III. MARCO TEÓRICO
Fotorresistencia (LDR)
Componente electrónico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente. Puede también ser llamado fotorresistor, fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz, cuyas siglas, LDR, se originan de su nombre en inglés light-dependent
resistor. Su cuerpo está formado por una
célula o celda y dos patillas.
Instrumento de medición de ángulos en grados que viene en dos presentaciones básicas:
Figura 1. Fotorresistencia LDR.
Microcontrolador (PIC 16f877A)
Es un circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres unidades funcionales de una computadora: CPU, Memoria y Unidades de E/S, es decir, se trata de una computadora completa en un solo circuito integrado programable y se destina a gobernar una sola tarea con el programa que reside en su memoria. Sus líneas de entrada/salida soportan el conexionado de los sensores y actuadores del dispositivo a controlar.
Figura 2. Pic PIC 16f877A
XTAL (cristal)
Dentro de la carcasa de metal es una pequeña pieza de cristal de cuarzo que se ha cortado con precisión en tamaño de modo que la pieza de cristal vibra a una frecuencia específica. El valor del cristal generalmente es de 4Mhz. o 10Mhz.
Figura 3. Cristal utilizado para la frecuencia de ejecución que utiliza el pic.
Capacitor cerámico
Los capacitores cerámicos son utilizados en circuitos resonantes, alta frecuencia y acoplamiento, dieléctricos de temperatura compensada, estabilidad dieléctrica y otras aplicaciones.
Figura 4. Capacitor cerámico utilizado para el buen funcionamiento del pic.
ADC (convertidor analógico-digital) El convertidor analógico-digital, ADC por sus siglas en inglés, la conversión analógico-digital consiste en transformar valores analógicos en digitales. Es el proceso inverso a la D/A. En este caso, a cada valor aplicado en la entrada del conversor le corresponde un valor digital de salida, dentro de los que puede generar el conversor.
Display LCD (16 x 2)
Las pantallas LCD están construidas en base a un material cuya polarización de la luz varía en presencia de un campo eléctrico denominado cristal liquido, este display funciona gracias a un circuito interno el cual hace que cuando el display
se conecte al microcontrolador de forma correcta y por una serie de instrucciones, en la pantalla muestre los caracteres que se quieren.
Figura 5. LCD (display) utilizado para la impresión de resultados.
PCWHD
Compilador C de la firma CCS (Custom Computer Services). Lenguaje de alto nivel que contiene las funciones y librerías necesarias para el diseño de cualquier aplicación basada en microcontroladores PIC: matemáticas, control de protocolos serie, I2C, etc. La versión PCWHD admite todos los dispositivos PIC de las gamas baja (12xxx), media (16xxx) y alta (18xxxx), con núcleos de 12, 14 y 16 bits respectivamente y los nuevos PIC24/dsPIC de 24 bits.
ISIS Proteus
El Programa ISIS, Intelligent Schematic
Input System (Sistema de Enrutado de
Esquemas Inteligente) permite diseñar el
plano eléctrico del circuito que se desea
realizar con componentes muy variados,
desde simples resistencias, hasta alguno
que otro microprocesador o
microcontrolador, incluyendo fuentes de
alimentación, generadores de señales y
muchos otros componentes con
prestaciones diferentes. Los diseños
realizados en Isis pueden ser simulados
en tiempo real, mediante el módulo VSM,
asociado directamente con ISIS.
Figura 6. Programa simulador de circuitos electronicos.
Programador MINIPROG+
Es una herramienta de programación y depuración profesional para la familia de microcontroladores PIC. Con dicho programador se le graba al pic el programa creado y compilado en el programa de la figura 7.
Figura 7. Programador
PICKIT
Es una familia de programadores de microcontroladores PIC realizados por Microchip Technology. Se utilizan para programción y depuración de microcontroladores.
Figura 8. Programa para grabar el código al Microcontrolador.
Potenciómetro
Es una resistencia eléctrica de valor variable, su valor óhmico se regula normalmente por una ruleta que se desliza sobre una película de carbón o bien un arroyamiento de hilo progresivo, modificando así el valor de su resistencia eléctrica.
Figura 9. Potenciómetro utilizado en esta práctica.
Resistencia
Mayor o menor oposición que ofrecen los cuerpos conductores al paso de la corriente eléctrica, la unidad que mide la resistencia es el Ω, en la práctica se usará cierto número de resistencias las cuales se parecen a la de la Fig. 12, estas resistencias tienen 2 pines, no tienen polaridad y pueden tener un gran número de resistencia el cual es determinado por los colores de las franjas que tiene.
Figura 10. Resistencia
Protoboard
Tablero con orificios conectados
eléctricamente entre sí, habitualmente
siguiendo patrones de líneas, en el cual se
Pueden insertar componentes electrónicos
y cables para el armado y prototipado de
circuitos electrónicos y sistemas
similares.
Figura 11. Protoboard
IV. LISTA DE MATERIALES
1 PIC 16f877A
1 Resistencia de 10KΩ
1 Cristal de cuarzo de 4MHz
1 Resistencia de 330Ω
1 Potenciómetro de 5KΩ
1 Display LCD 16 x 2
2 Capacitores cerámicos de 22pF
1 Fotorresistencia
Cables para conectar en protoboard
1 Potenciómetro de 1KΩ
1 MINIPROG+
1 Cable de USB A a USB B
1 Computadora con ISIS proteus, PICkit y PCWHD
1 Protoboard
V.
DESARROLLO
Para realizar la práctica primeramente se deben tener todos los materiales a la mano, tanto la computadora con los 3 software necesarios y los materiales físicos.
Primer paso. Conexión del circuito en el software ISIS Proteus, con todos los componentes de dicho circuito.
Figura 12. Circuito del sensor de luz.
Segundo paso. Se identifica las variantes de la problemática, y para solucionarlas
se crea un programa en el PCWHD (el programa de este sensor se anexa al final de este archivo).
Tercer paso. Se le carga el programa al Microcontrolador del circuito conectado en ISIS Proteus, esto se lleva acabo dando doble clic y cargando el archivo .hex creado al compilar el programa. Se continúa realizando la simulación para cerciorarse de que el programa cumple con las especificaciones necesarias para satisfacer la problemática actual.
Figura 13. Simulación del circuito del sensor de luz digital.
Cuarto paso. Una vez que la simulación del sensor funciona como se desea que lo haga el circuito en físico, se le carga el programa al pic 16f8877A utilizando el programador MINIPROG+ y el software PICkit.
Nota. Se sigue cargando el programa con la extensión .hex
Quinto paso. Se procede a comenzar a conectar el circuito en la protoboard.
Primeramente se conecta el pic 16f8877A, de ahí se le conectan los componentes necesarios:
- 1 resistencia de 10kΩ de la alimentación positiva al pin 1 del pic. El número de pin del pic se puede ver en la figura 15.
- 2 capacitores de 22pF conectados desde tierra, uno al pin 13 y el otro al pin 14 del pic.
- 1 Cristal de cuarzo de 4MHz conectado entre el pin 13 y el pin 14, cabe destacar que el cristal no posee polaridad.
- El pin 11 y 32 del pic se conectan
a la alimentación positiva. El pin 12 y 31 se conectan a tierra.
Figura 14. Numeración de los pines del pic 16F877A según el datasheet.
Sexto paso. Conexión de la LCD al pic y un potenciómetro de 5kΩ según como se muestra en la figura 16. La fuente de voltaje que se muestra en dicha figura en forma de triángulo, es una conexión a la alimentación positiva de una de las terminales que está en un extremo del potenciómetro.
Nota. El potenciómetro de 5kΩ solo se utiliza para regular el contraste de la LDC
Figura 15. Conexión de la LCD.
Séptimo paso. Se coloca en la protoboard la LDR con una terminal conectada a voltaje y la otra a un extremo del potenciómetro. La terminal de en medio del potenciómetro se conecta a tierra y el nodo que se hace entre la LDR y la terminal lateral del potenciómetro se conecta al pin 2 del pic.
Octavo paso. Se alimenta el circuito con 5V. Es importante checar que la fuente que alimenta al circuito no sobrepase los 5V porque quemaría el pic.
Noveno paso. Probar que el sensor funciona correctamente. Esto se hace tapando completamente la LDR o bien acercándole mucha luz, para así visualizar la impresión en pantalla.
Conclusión. Una de las dificultades
presentadas en la práctica fue la
adaptación de la luz ambiente a los
valores de voltaje.
VI.
ANEXO 1. SIMULACION EN EL PROGRAMA ISIS PROTEUS
Figura 18. Circuito del sensor de ángulo digital.
VII.
