Post on 20-Mar-2022
GUIA PARA LA COMUNICACIÓN INALAMBRICA DE INFORMACIÓN
________________________________________________________________________ Ing. Electrónico & Telecomunicaciones Felipe Palta
La narrativa de la problemática es la siguiente:
Se desea realizar él envió de información relacionada con la variable física
temperatura desde un punto de adquisición y visualización A (PA&V A), el cual
debe de ser monitorizada en este mismo lugar, mientras tanto, en paralelo y en
tiempo real se deberá de visualizar dicha temperatura en un punto de monitorización
B (PM B), ubicado a una distancia mayor a 25 metros de distancia (Línea de vista
continua).
Para dicha implementación será necesario ilustrar el esquema general
anteriormente nombrado:
Si se observa con detenimiento, existen diferentes etapas durante el proceso de
construcción de todo el proyecto.
Por tanto, de la misma manera, se seccionará este en diferentes guías hasta la
culminación de este.
PA&V A
PM B
CA T
>25 m
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GUÍA 1 – CIRCUITO DE ADQUISICIÓN DE TEMPERATURA – (CA T)
Es necesario entonces, entender que la temperatura es una variable física que se
define como:
“La temperatura es una medida del calor o energía térmica de las partículas en una sustancia. Como lo que medimos en su movimiento medio, la temperatura no depende del número de partículas en un objeto y por lo tanto no depende de su tamaño. Por ejemplo, la temperatura de un sartén con agua hirviendo es la misma que la temperatura de una olla con agua hirviendo, a pesar de que la olla sea mucho más grande y tenga millones y millones de moléculas de agua más que el sartén.
Nosotros experimentamos la temperatura todos los días. Cuando hace calor, cuando tenemos fiebre sentimos calor y cuando está lloviendo sentimos frío. Cuando estamos hirviendo agua, hacemos que la temperatura de este aumenta y cuando estamos haciendo paletas de helado esperamos que la temperatura baje.”
Para nuestro caso específico, tenemos la necesidad de utilizar algún elemento
electrónico que permita el sensado de la temperatura, en nuestro caso se
recomienda usar el SENSOR DE TEMPERATUAR LM35.
SENSOR DE TEMPERATURA LM35
Distribución de pines Sensor Real
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Se invita al lector revisar brevemente el datasheet del dispositivo para observar
las múltiples conexiones que el fabricante recomienda para diferentes aplicaciones.
A continuación, se presenta las características básicas del dispositivo y las dos
conexiones básicas de medición de temperatura.
Los círculos en rojo presentan las características más importantes:
a. Calibrated Directly in Celsius (Centigrade):
Hace referencia a que el dispositivo ya está calibrado para hacer la relación de la
medición de la variable temperatura en grados Celsius.
Esto es un punto favor, puesto recuerde que también existe la posibilidad de
representar la temperatura en grados Fahrenheit, que es usada en gran parte de los
Estados Unidos y algunas poblaciones de Europa.
b. Linear + 𝟏𝟎 𝒎𝑽
°𝑪 Scale Factor:
Hace referencia a que el dispositivo tiene una escala de conversión o sensibilidad
de: 𝟏𝟎 𝒎𝑽
°𝑪 , lo que significa que:
Por cada 1 grado centígrado que cambie la temperatura que el sensor percibe la
salida análoga (valor de voltaje DC) que este entrega cambiará en 10 miliVoltios
(mV).
Características básicas del
sensor de temperatura LM35.
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Entonces se considera que la relación voltaje / temperatura se rige por una relación
lineal, por lo tanto, dicha relación lineal se puede modelar mediante una ecuación
de línea recta, que se presentará más adelante.
c. Rated Full -55°C to 150°C Range:
Hace referencia a que el dispositivo, tiene la capacidad de realizar mediciones en el
rango desde los -55°C hasta los 150°C.
Pero dicho rango de medición dependerá de la forma de conexión del dispositivo.
El fabricante lo presenta de la siguiente manera:
Conexión para medir desde 2°C hasta 150°C (Rango de temperaturas
positivas):
Observe que el fabricante deja la salida PIN 2 al aire lista para conectar a donde
sea necesario. Sin embargo, es recomendable colocar una resistencia para aterrizar
dicho voltaje a una referencia fija, es decir al propio circuito, por tanto, se
recomienda conectar una resistencia de cualquier valor en el rango de 1kΩ hasta
10kΩ, de la siguiente manera:
Obsérvese que en el PIN (1) de entrada
de voltaje este sensor soporta desde los
+4V hasta los +20 V, para que así se
energice y funcione.
PIN (3) del sensor a tierra de la
fuente de alimentación.
PIN (2) del sensor entrega el valor de
voltaje dependiendo la temperatura
bajo la sensibilidad ya conocida.
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Conexión para medir desde -55°C hasta 150°C (Rango de temperaturas
negativas y positivas):
d. Operases from 4V to 30V:
Hace referencia a lo ya mencionado, el rango de voltajes de alimentación mínimos
y máximos para su energización.
Observe que el dispositivo soporta hasta 30V, pero es recomendable no dejar que
pase d los +20V para evitar su deterioro temprano.
Obsérvese que en el PIN (1) de entrada
de voltaje este sensor soporta desde los
+4V hasta los +20 V, para que así se
energice y funcione.
Observe que esta vez debe de conectar
una fuente dual, por tanto, deberá de
conectar –Vs el mismo valor de +Vs. Por
ejemplo, si conecto en Vs=7V en –Vs= -7V
Observe que en este caso si se requiere
obligatoriamente una resistencia R1, que
debe de ser calculada así:
𝑅1 =𝑉𝑠
50𝑢𝐴
Y evidentemente, este valor de R1
dependerá directamente de la fuente de
alimentación que escoja.
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1. ADQUIERA SU SENSOR LM35 Y REALICE LA CONEXIÓN sugerida para
medir temperaturas desde 2°C hasta 150°C:
Nótese que se conectó rápidamente una batería de 9V, recuerde que está dentro
del rango de +4V hasta +20V. Utilice la que tenga a disposición que cumpla con la
característica requerida de tensión.
2. VERIFIQUE CON SU MULTIMETRO LA FUNCIONALIDAD DEL MISMO:
Realice distintas pruebas con el sensor verificando la salida de tensión de este.
Llene la siguiente tabla:
Temperatura Voltaje (mV)
Ambiente
Dentro del refrigerador
Dentro del congelador
Acercando un elemento a alta temperatura, diga cual: ________ Ejm: Encendedor, cautín, etc.
Analice los resultados y verifique si lógicamente los valores corresponden a las
temperaturas solicitadas.
LM35
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3. REALICE LA CONEXIÓN A SU SISTEMA EMBEBIDO ARDUINO:
Una vez realizado el ítem 2, proceda a realizar la conexión mostrada a continuación:
Observe esta vez, que la alimentación del sensor LM35 ahora se hace directamente
con el propio sistema embebido, puesto nos aprovechamos de los pines llamados
5V y GND que este mismo tiene, ya que es también a la vez el valor de alimentación
del ardunio.
Antes de ello, verifique que con su multímetro que realmente entre los pines 5V y
GND se presentan los 5V DC y que su ardunio se encuentra en perfectas
condiciones.
NOTA: Cabe aclarar que los 5 V de alimentación son perfectos puesto recuerde que
el sensor soporta desde +4V hasta +20V.
Si identifica con calma la salida (OUT PIN 2) del sensor LM 35 ha sido conectada al
pin del puerto de entradas análogas A0.
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Recuerde que la cantidad de entradas análogas dependen del sistema embebido
que esté utilizando, en este caso son 6 de A0—A5, y usted puede conectar en la
que desee. Ahora se recomienda A0.
ENTENDIENDO EL PUERTO DE ENTRADAS ANÁLOGAS DEL ARDUINO UNO:
Este puerto como se mencionó posee 6 entradas análogas de tensión, por lo que
se entenderá que existen entonces 6 conversores de señal Análoga a Digital (ADC),
uno por cada entrada.
¿Qué es un ADC?
Sistema que pasa voltajes del mundo análogo (Pueden ser DC o AC) al mundo
digital (Binario).
El número de BITS DE CONVERSIÓN DE los ADC desde A0-A5
del ardunio uno es de 10 bits.
La señal de entrada análoga máxima permitida en los ADC del
arduino es 5V y su valor mínimo es 0V, puesto es el mismo valor
de alimentación del microcontrolador.
Nota: Recuerde que estos dos parámetros cambiaran dependiendo del sistema embebido a trabajar, de allí la importancia de leer el datasheet
del sistema previamente.
Salida binaria de datos, representación del dato de
entrada análogo en el mundo binario.
DEPENDERÁ DEL # bits de conversión que posea
el ADC.
Señal análoga de entrada: Tenga en cuenta dos
cosas, que deberá esta señal estar referenciada a
la misma tierra del ADC y además de eso deberá
de tener en cuenta que dicho valor de voltaje de
entrada no puede exceder el máximo del ADC.
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En el proceso de conversión de Análogo a Digital (ADC), de cualquier sistema, el
que sea, siempre habrá una parte clave y es entender que existe una fórmula
universal para la relación entre el voltaje de entrada y el número de bits (Resolución
del ADC):
𝑉𝑑𝑖𝑔𝑖𝑡𝑎𝑙 =𝑉𝑟𝑒𝑓
2𝑛 − 1
Para el caso de Arduino Uno el Vref del ADC
es 5V.
El número de bits n de conversión son 10 bits.
Con la información anterior, se puede sacar la sensibilidad del ADC que tiene el
Arduino uno, así:
𝑉𝑑𝑖𝑔𝑖𝑡𝑎𝑙 =5 𝑉
210 − 1 =
5 𝑉
1024 − 1 =
5 𝑉
1023 𝑏𝑖𝑡𝑠= 4.887
𝑚𝑉
𝑏𝑖𝑡
Hace alusión al voltaje máximo que
puede convertir el ADC, precisamente
siempre será el voltaje al cual está
alimentando el ADC.
Es el número máximo en bits que podrá el
ADC representar la máxima entrada
análoga. El (-1) está inmerso en la fórmula,
puesto recuerde que el 0 cuenta como
primer número binario.
Esto significa entonces que cada vez que en la entrada análoga
del ADC (Recuerde que hay 6 de A0 A A5) haya una variación
de más de 4.887 𝒎𝑽 , el conversor cambiará en un bit.
“Y TIENE LÓGICA, ES DIVIDIR 5 V QUE ES LA MÁXIMA
CONVERSIÓN PERMITIDA EN LAS 1024 POSIBILIDADES
DE REPRESENTACIÓN”
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4. ABRÁ EL IDE DE ARDUINO Y COPIE EL SIGUIENTE CÓDIGO:
Asegúrese primero que su PC ya haya reconocido su arduino y que este
seleccionado el mismo puerto COM que el PC ha reconocido:
VAYA A INICIO ADMINISTRADOR DE DISPOSITIVOS PUERTOS
COM Y LPT
EN EL IDE DE ARDUINO VAYA A HERRAMIENTAS Y VERIFIQUE:
EL PC HA RECONOCIDO EL
ARDUINO UNO EN EL PUERTO
COM 15
DEBE SER EL
MISMO PUERTO
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EN HERRAMIENTAS PLACA:
BORRE TODA LA VENTANA:
SELECCIONE ARDUINO UNO
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COPIE EL SIGUIENTE CÓDIGO:
DEBERÁ DE VISUALIZAR UNA PANTALLA COMO ESTA:
COMPILE, SUBA Y PRESIONE EL
SIGUIENTE BOTÓN MONITOR
SERIE.
El código que acaba de cargar, realiza lo siguiente:
Simplemente lee la señal de entrada análoga de A0 y hace
el proceso de conversión de análogo a digital, mediante su
ADC asociado a cada PIN, en este caso A0.
Esto lo hace con la instrucción:
analogRead(A0)
Le asigna el valor de la conversión a un dato tipo entero
llamado valorDigital.
Y finalmente dicho dato lo manda por puerto Serie, el cual
es visualizado en el Monitor Serie de Arduino.
Para ello declara la comunicación serie como
Serial.begin(9600), donde 9600 son los baudios de velocidad
de comunicación en setup e imprime (manda) el dato con
Serial.println(valorDigital) cada un segundo con
delay(1000).
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¿ANALIZANDO EL RESULTADO?
Si observa el valor resultado permanentemente es de 59 con algunas variaciones
entre 60, 61, pero se queda estable en dichos valores.
¿Esto qué significa?
Recuerde el análisis anteriormente realizado con la ecuación del ADC, donde se
habló que por cada bit de cambio, significa que hubo 4.887𝑚𝑉 de cambio en la
entrada.
Por lo tanto, deduzca:
1 𝑏𝑖𝑡 −→ 4.887𝑚𝑉
59 𝑏𝑖𝑡−→ 𝑥
Dicho resultado será:
𝑥 =59 𝑏𝑖𝑡 ∙ 4.887𝑚𝑉
1 𝑏𝑖𝑡= 288,33 𝑚𝑉
¿Y si quiero saber el valor de temperatura?
Pues nuevamente deduzca:
1° 𝐶 −→ 10 𝑚𝑉
𝑥−→ 288,33 𝑚𝑉
𝑥 =288,33 𝑚𝑉 ∙ 1°𝐶
10 𝑚𝑉= 28,883 °𝐶
Regla de 3 básica
Ósea que este es el valor
que entrega el sensor de
temperatura LM35.
Regla de 3 básica
Obtengo la temperatura
que este momento
percibe el ambiente.
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Acerque un encendedor lo más próximo que pueda al
sensor, sin hacerle daño, perciba cual es valor máximo
digital que arroja y calcule cual fue el valor de
temperatura:
Realice el procedimiento de conversión y plasme la respuesta:
___________.
5. MOSTAR EL VALOR LISTO EN GRADOS CENTIGRADOS:
Como acabo de percibir, se conoce las dos relaciones:
Sensibilidad del ADC y Sensibilidad del Sensor, por ende, se
puede dejar listo ese cálculo en el sistema embebido:
MODIFIQUE SU CÓDIGO ACTUAL LEVEMENTE:
Si observa con detenimiento, lo
único que se agregó, es lo que ya
se había analizado:
1. Multiplicar el dato por
4.887 para obtener el
voltaje en miliVoltios que
entrega el sensor.
2. Dividir por 10 miliVoltios
para obtener la
temperatura.
Observe que ambas operaciones
se hicieron en un solo paso.
Se imprime el valor, con el texto:
“La temperatura actual es:
valorTemperatura °C”
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VERIFIQUE LA SALIDA DEL MONITOR SERIE:
ACERCE UN ENCENDEDOR Y COMPRUEBE:
Valor de temperatura
ambiente actual
Observe como la temperatura aumento
drásticamente cuando se acercó el
encendedor tomando el punto máximo
80.64°C
Observe como la temperatura decae
después de alejar el encendedor y sigue
bajando hasta llegar a temperatura
ambiente mientras se enfría el sensor.