Sensores - Arduino

1. Sensores Digitales y Analógicas
https://www.luisllamas.es/arduino-dht11-dht22

2. ¿ Que es un sensor?
 Un sensor es un objeto capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables
de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación
pueden ser por ejemplo: intensidad lumínica, temperatura, distancia, aceleración, inclinación,
presión, desplazamiento, 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), una tensión eléctrica (como en un termopar),
una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc.
 Áreas de aplicación de los sensores:1 Industria automotriz, robótica, industria aeroespacial,
medicina, industria de manufactura, etc.

3. Objetivos
 Conocer el funcionamiento de los sensores mas comunes en el mercado.
 Obtener el conocimiento para implementar los sensores con la placa arduino.
 Diferenciar un sensor analógico y uno digital.

4. Diferencias entre sensores analógicos y
digitales:
 Un sensor analógico es aquel que, como salida, emite una señal comprendida por un campo de
valores instantáneos que varían en el tiempo, y son proporcionales a los efectos que se están
midiendo; por ejemplo, un termómetro es un dispositivo analógico. La temperatura se mide en
grados que pueden tener, en cualquier momento determinado, diferentes valores que son
proporcionales a su indicador, o a su "salida" en caso de un dispositivo electrónico.
Un sensor digital en cambio es un dispositivo que puede adoptar únicamente dos valores de
salida; 1 -0 encendido o apagado, sí, o no los estados de un sensor digital son absolutos y
únicos, y se usan donde se desea verificar estados de "verdad" o "negación" en un sistema
automatizado por ejemplo, una caja que es transportada llega al final de un recorrido, y activa un
sensor digital; entonces, la señal 0 del sensor en reposo, cambia inmediatamente a 1, dando
cuenta al sistema de tal condición.

5. SENSOR LM35
 El LM35 es un sensor de temperatura digital. A diferencia de otros dispositivos
como los termistores en los que la medición de temperatura se obtiene de la
medición de su resistencia eléctrica, el LM35 es un integrado con su propio
circuito de control, que proporciona una salida de voltaje proporcional a la
temperatura.
 La salida del LM35 es lineal con la temperatura, incrementando el valor a razón
de 10mV por cada grado centígrado. El rango de medición es de -55ºC (-
550mV) a 150ºC (1500 mV). Su precisión a temperatura ambiente es de 0,5ºC.

6. ESQUEMA ELÉCTRICO
 El patillaje del LM35 se muestra en la siguiente imagen. Los pines extremos son
para alimentación, mientras que el pin central proporciona la medición en una
referencia de tensión, a razón de 10mV/ºC.

7. SENSOR DE ULTRASONIDOS?
 Un sensor de ultra sonidos es un dispositivo para medir distancias. Su
funcionamiento se base en el envío de un pulso de alta frecuencia, no audible
por el ser humano. Este pulso rebota en los objetos cercanos y es reflejado hacia
el sensor, que dispone de un micrófono adecuado para esa frecuencia.
 Midiendo el tiempo entre pulsos, conociendo la velocidad del sonido, podemos
estimar la distancia del objeto contra cuya superficie impacto el impulso de
ultrasonidos
 El rango de medición teórico del sensor HC-SR04 es de 2cm a 400 cm, con una
resolución de 0.3cm. En la práctica, sin embargo, el rango de medición real es
mucho más limitado, en torno a 20cm a 2 metros.

8. FUNCIONAMIENTO DE UN SENSOR DE
ULTRASONIDOS
El sensor se basa simplemente en medir el tiempo entre el envío y la recepción de un pulso
sonoro. Sabemos que la velocidad del sonido es 343 m/s en condiciones de temperatura 20 ºC,
50% de humedad, presión atmosférica a nivel del mar. Transformando unidades resulta.

9.  Es decir, el sonido tarda 29,2 microsegundos en recorrer un centímetro. Por tanto,
podemos obtener la distancia a partir del tiempo entre la emisión y recepción del
pulso mediante la siguiente ecuación.

10.  El motivo de dividir por dos el tiempo (además de la velociad del sonido en las
unidades apropiadas, que hemos calculado antes) es porque hemos medido el
tiempo que tarda el pulso en ir y volver, por lo que la distancia recorrida por el
pulso es el doble de la que queremos medir.

11. ESQUEMA ELÉCTRICO
 El esquema eléctrico que necesitamos es el siguiente.

12. DETECTOR DE OBSTÁCULOS IR
 Un detector de obstáculos infrarrojo es un dispositivo que detecta la presencia de un
objeto mediante la reflexión que produce en la luz. El uso de luz infrarroja (IR) es
simplemente para que esta no sea visible para los humanos.
 Constitutivamente son sensores sencillos. Se dispone de un LED emisor de luz infrarroja y de
un fotodiodo (tipo BPV10NF o similar) que recibe la luz reflejada por un posible obstáculo.

13.  Este tipo de sensores actúan a distancias cortas, típicamente de 5 a 20mm. Además
la cantidad de luz infrarroja recibida depende del color, material, forma y posición
del obstáculo, por lo que no disponen de una precisión suficiente para
proporcionar una estimación de la distancia al obstáculo.

14. ESQUEMA ELÉCTRICO
 El montaje es sencillo. Alimentamos el módulo a través de Vcc y GND
conectándolos, respectivamente, a la salida de 5V y GND en Arduino.

15.  Finalmente, conectamos la salida digital del sensor a una entrada digital para leer
el estado del sensor.

16. SERVO
 Un servo es un tipo de accionador ampliamente empleado en electrónica. A
diferencia de otros tipos de motores en los que controlamos la velocidad de
giro, en un servo indicamos directamente el ángulo deseado y el servo se
encarga de posicionares en este ángulo.
 Típicamente los servos disponen de un rango de movimiento de entre 0 a
180º. Es decir, no son capaces de dar la vuelta por completo (de hecho disponen
de topes internos que limitan el rango de movimiento)

17.  Internamente un servo frecuentemente consta de un mecanismo reductor. Por
tanto proporcionan un alto par y un alto grado de precisión (incluso décimas
de grado). Por contra, las velocidades de giro son pequeñas frente a los motores
de corriente continua.
 Los servos se admiten una tensión de alimentación entre 4,8V a 7,2V, siendo el
valor más adecuado es 6V. Con tensiones inferiores el motor tiene menos fuerza y
y velocidad. Con tensiones superiores a 6,5V los servos empiezan a oscilar
demasiado, lo cual los hace poco útiles.

18. FUNCIONAMIENTO DE UN SERVO
 Internamente un servo está constituido por un motor de corriente continua, acoplado a un
reductor para reducir la velocidad de giro, junto con la electrónica necesaria para controlar
su posición.

19.  Frecuentemente simplemente se dispone de un potenciómetro unido al eje del servo, que
permite al servo para conocer la posición del eje. Esta información es tratada por un
controlador integrado que se encarga de ajustar actuar sobre el motor para alcanzar la
posición deseada.
 La comunicación de la posición deseada se realiza mediante la transmisión de un señal
pulsada con periodo de 20ms. El ancho del pulso determina la posición del servo.

20.  La relación entre el ancho del pulso y el ángulo depende del modelo del motor. Por
ejemplo, algunos modelos responden con 0º a un pulso de 500 ms, y otros a un pulso de
1000 ms
 En general, en todos los modelos:
 Un pulso entre 500-1000 us corresponde con 0º
 Un pulso de 1500 ms corresponde con 90º (punto neutro)
 Un pulso entre 2000-2500us corresponde con 180º
 Por tanto, variando la señal en microsegundos podemos disponer de una precisión teórica
de 0.18-0.36º, siempre que la mecánica del servo acompañe.

21. ESQUEMA DE MONTAJE
 Conectar un servo a Arduino es sencillo. El servo dispone de tres cables, dos de alimentación
(GND y Vcc) y uno de señal (Sig).
 El color de estos cables suele tener dos combinaciones:
 – Marrón (GND), Rojo (Vcc) y Naranja (Sig)
 – Negro (GND), Rojo (Vcc) y Blanco (Sig)
 Por un lado, alimentamos el servo mediante el terminal GND ( Marrón / Negro) y Vcc (Rojo).

22.  En general, la alimentación a los servos se realizará desde una fuente de tensión externa (una
batería o fuente de alimentación) a una tensión de 5V-6.5V, siendo 6V la tensión idónea.
 Por otro lado, finalmente, para el control conectamos el cable de señal (naranja / blanco) a
cualquier pin digital de Arduino.

23. SALIDAS Y ENTRADAS AISLADAS CON
ARDUINO Y OPTOACOPLADOR
 Un optoacoplador es un dispositivo que emplea luz para conectar dos circuitos
eléctricos manteniendo un aislamiento galvánico entre ellos, es decir, la carga eléctrica no
tiene un camino pasar entre ambos circuitos.
 La única comunicación entre ambos circuitos se realiza a través de la luz, sin existir
contacto eléctrico. Frecuentemente se incorpora una barrera dieléctrica entre emisor y
receptor para aumentar el aislamiento al orden de kV.

24.  Al disponer de aislamiento galvánico protegemos la electrónica de control de cualquier tipo
de ruido, sobrevoltaje, pico, armónico, corriente inducida, etc… que podría dañarla.
 Los optoacopladores normalmente se proporcionan en integrados de tipo DIP y SMD, de 4 a
16 pines. Existen diferentes tipos de optoacopladores, y cada uno requiere un número de
pines diferentes. Además, existen integrados con uno o varios optoacopladores en su interior
(single, doble y quad). La combinación de esto determina el número de pines del integrado.

25. FUNCIONAMIENTO DE UN OPTOACOPLADOR
 Los optoacopladores incorporan un emisor y un receptor en un único integrado
compacto. En la mayoría de los casos el emisor es un diodo GaAs IR LED, mientras que el
fotoreceptor puede ser un fototransitor, un fotodiodo + transistor, un fototriac, entre otros.

26. OPTOACOPLADOR CON ARDUINO
 Si queremos transmitir una señal optoacoplada, es decir, que Arduino forme parte del
circuito primario, la conexión es sencilla. Por un lado, alimentamos el circuito primario
que alimentar el circuito primario, que no deja de ser un simple LED.

27. ARDUINO RECEPTOR DE SEÑAL OPTOACOPLADA
 Si lo que queremos es que Arduino reciba una señal optoacoplada emitida desde otro
dispositivo, simplemente tenemos que realizar la lectura del secundario como si fuera un
pulsador, tal y como vimos en la entrada.

28. SENSORES DE TEMPERATURA Y HUMEDAD
 El DHT11 y el DHT22 son dos modelos de una misma familia de sensores, que permiten realizar
la medición simultánea de temperatura y humedad.
 Estos sensores disponen de un procesador interno que realiza el proceso de medición,
proporcionando la medición mediante una señal digital, por lo que resulta muy sencillo
obtener la medición desde un microprocesador como Arduino.
 Ambos sensores presentan un encapsulado de plástico similar. Podemos distinguir ambos
modelos por el color del mismo. El DHT11 presenta una carcasa azul, mientras que en el caso
del sensor DHT22 el exterior es blanco.

29. Características del DHT11
 Las características del DHT11 son realmente escasas, especialmente en rango de
medición y precisión.
 Medición de temperatura entre 0 a 50, con una precisión de 2ºC
 Medición de humedad entre 20 a 80%, con precisión del 5%.
 Frecuencia de muestreo de 1 muestras por segundo (1 Hz)

30. Características del DHT22
 Medición de temperatura entre -40 a 125, con una precisión de 0.5ºC
 Medición de humedad entre 0 a 100%, con precisión del 2-5%.
 Frecuencia de muestreo de 2 muestras por segundo (0.5 Hz)

31.  EL DHT22 (sin llegar a ser en absoluto un sensor de alta precisión) tiene unas
características aceptables para que sea posible emplearlo en proyectos reales de
monitorización o registro, que requieran una precisión media.

32. ESQUEMA MONTAJE
 La conexión del DH11 y el DHT22 son idénticas, ya que como hemos comentado la única
diferencia entres modelos son sus prestaciones. En ambos casos, disponemos de 4 patillas,
de las cuales usaremos 3, Vcc, Output y GND.

33.  Conectar el sensor es sencillo, simplemente alimentamos desde Arduino al sensor a través de
los pines GND y Vcc del mismo. Por otro lado, conectamos la salida Output a una entrada
digital de Arduino. Necesitaremos poner una resistencia de 10K entre Vcc y el Pin Output.
 El esquema eléctrico queda como la siguiente imagen

34. Conclusiones:
 Los sensores son dispositivos que convierten patrones en físicos en señales eléctricas.
 Se tiene diferentes tipos de sensores para cada aplicación en la industria.
 Todos los módulos (sensores) son escalables en la placa arduino y estos dependen del
programa o aplicación que vayamos a implementar.