LABORATORIO NRO. 7

ELECTRÓNICA DIGITAL

LABORATORIO Nº 7

SENSORES Y ACTUADORES DIGITALES CON ARDUINO

1. CAPACIDAD TERMINAL

• Identificar las aplicaciones de la Electrónica Digital. 
• Describir el funcionamiento de las unidades y dispositivos de almacenamiento de información. 
• Implementar circuitos de lógica combinacional y secuencial.

2. COMPETENCIA ESPECÍFICA DE LA SESIÓN:

• Programación de sensores digitales con Arduino. 
• Programación de actuadores digitales con Arduino. 
• Implementación de proyecto con sensores y actuadores digitales.

3. MARCO TEÓRICO:
Sensores:
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad o un sensor capacitivo), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc.

Los sensores se pueden clasificar en función de los datos de salida en:

• Digitales 
• Analógicos 
• Comunicación por Bus 

A la hora de elegir un sensor, debemos leer detenidamente las características y elegir uno que sea compatible con nuestro sistema (tensión y voltaje) y que sea sencillo de usar o nos faciliten una librería sencilla y potente. En su forma más abstracta, un sensor no es más que una caja negra que transduce un estado físico que queremos monitorear en una propiedad eléctrica que podemos medir. Puede ser tan simple como un conjunto de contactos que cambian entre abierto y cortocircuito cuando pulsamos un botón o abrimos una ventana. Puede ser un potenciómetro que cambia la resistencia cuando un humano gira un dial o un robot extiende un brazo.También puede ser tan complicado como un circuito integrado que detecta la aceleración y el magnetismo a lo largo de tres ejes para determinar la orientación, la aceleración y el rumbo de la brújula hacia su dispositivo IoT.


Un sensor tiene tres parámetros fundamentales, el rango (valores entre los que puede medir), la resolución (la variación mínima que puede detectar) y la sensibilidad (lo que varía la magnitud de salida en relación con la variación de la magnitud medida).


Los sensores se clasifican atendiendo a varios criterios, como:
Por la señal que emiten, tenemos analógicos y digitales (o discretos)

Por la influencia que tienen sobre el proceso, tenemos sensores pasivos cuando no influyen, o activos cuando absorben energía

Por los parámetros que pueden variar en el sensor pueden ser mecánicos, eléctricos, electromagnéticos, ópticos.


Pero el análisis más usual es por el tipo de magnitud que pueden medir.

SENSORES DE VELOCIDAD Son también conocidos como sensores taco métricos, y pueden ser de tres tipos: Sensores inductivos Idénticos a los vistos anteriormente, unidos a un contador, que analiza cuántas señales se producen en un segundo. Sensores ópticos De forma similar a los sensores de posición, un emisor y un receptor están separados por una rueda perforada que puede girar. Se cuenta cada impulso de luz que recibe el receptor durante un segundo, obteniendo la velocidad. Tacogeneradores Son pequeñas dinamos que obtienen un voltaje en función de la velocidad de giro. Este sistema es ampliamente usado en sistemas como los anemómetros, para medir la velocidad del viento. SENSORES DE TEMPERATURA Para esta misión, además de los conocidos termómetros de mercurio, hay otros tres tipos básicos: Termistor NTC Es una resistencia que disminuye su valor óhmico al aumentar la temperatura según una función exponencial. Termostato bimetálico Son dos pacas metálicas unidas que tienen diferentes coeficientes de dilatación térmica. Cuando se calientan, una lámina se dilata más que la otra, produciendo el arqueamiento de ambas. Con esta deformación se puede abrir o cerrar un circuito eléctrico. Con un tornillo que regula la fuerza que debe ejercer el bimetal para combarse se puede regular la temperatura a la que se produce la desconexión. Es el clásico control de la calefacción o de las planchas eléctricas. Termopar En este caso se sueldan los extremos de dos metales diferentes, y esta unión actúa como sonda. El funcionamiento del termopar se basa en que la movilidad de los electrones es distinta en cada metal. Si los extremos opuestos también están unidos y a una temperatura conocida, las distintas movilidades producen un voltaje tanto mayor cuanto mayor sea la diferencia de temperaturas entre los extremos. SENSORES DE PRESIÓN Tubo en U El líquido que hay en la rama con mayor altura compensa, con su peso, la mayor presión en la rama opuesta. Por su naturaleza, se puede emplear también en la comparación de dos presiones. El tubo en U es un aparato sencillo, pero es la base de sensores más sofisticados, como pueden ser los tubos Pitot, que se usan para medir la velocidad en los aviones. Tubo Bourdon y Cápsula anaeroide Son sensores que tienen dos cámaras, una de ellas conectada a la presión a medir y la otra a una presión conocida, normalmente la atmosférica. Con la diferencia de presiones se produce un desplazamiento que se puede medir con palancas, engranajes, sensores de desplazamiento.

Actuadores
Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre elemento externo. Este recibe la orden de un regulador, controlador o en nuestro caso un Arduino y en función a ella genera la orden para activar un elemento final de control como, por ejemplo, una válvula.


Existen varios tipos de actuadores como son:
Electrónicos
Hidráulicos
Neumáticos
Eléctricos
Motores
Bombas

Funcionamiento del actuador Rotatorio

 El objetivo final del actuador rotatorio es generar un movimiento giratorio. El movimiento debe estar limitado a un ángulo máximo de rotación. Normalmente se habla de actuadores de cuarto de vuelta, o 90º; fracción de vuelta para ángulos diferentes a 90º, por ejemplo 180º; y de actuadores multivuelta, para válvulas lineales que poseen un eje de tornillo o que requieren de múltiples vueltas para ser actuados.

Actuadores electrónicos
Los actuadores electrónicos también son muy utilizados en los aparatos mecatrónicos, como por ejemplo, en los robots. Los servomotores CA sin escobillas se utilizaran en el futuro como actuadores de posicionamiento preciso debido a la demanda de funcionamiento sin tantas horas de mantenimiento.


Actuadores hidráulicos

Los actuadores hidráulicos, que son los de mayor antigüedad, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operación, funcionan en base a fluidos a presión.


Actuadores neumáticos

A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico se les denomina actuadores neumáticos. Aunque en esencia son idénticos a los actuadores hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este caso, además de que hay una pequeña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad.


Actuadores eléctricos


La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo requieren de energía eléctrica como fuente de poder. Como se utilizan cables eléctricos para transmitir electricidad y las señales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la distancia entre la fuente de poder y el actuador.

Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos estandarizados según la aplicación. En la mayoría de los casos es necesario utilizar reductores, debido a que los motores son de operación continua.

Utilización de un pistón eléctrico para el accionamiento de una válvula pequeña.

4. VIDEO DEMOSTRATIVO

5. OBSERVACIONES:

•  Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. 
• Los sensores se pueden clasificar en función de los datos de salida en Digitales, Analógicos y Comunicación por Bus.
• A la hora de elegir un sensor, debemos leer detenidamente las características y elegir uno que sea compatible con nuestro sistema (tensión y voltaje) y que sea sencillo de usar o nos faciliten una librería sencilla y potente.

6. CONCLUSIONES

• Creamos un prototipo de semáforo con contador utilizando el arduino.
• Logramos entender la logica de un contador, ya sea ascendente o descendente.
• Se logró programar un circuito con sensores.
• Se hizo reconocimiento de los dispositivos y del software arduino.

7. FOTO GRUPAL:

• Bramon Vilca, Víctor Sthib
• Cutipa Arivilca, José Eduardo
• Sánchez Polanco, Bruno Daniel