Laboratorio N° 3

Sistema de seguridad digital

Fase 3: sensores y actuadores digitales

Competencias específicas de la sesión:

-conocer el funcionamiento de los sensores digitales

-conocer el funcionamiento de los actuadores digitales

-diseñar un sistema de seguridad para el hogar

A) Marco teórico:

a)  Sensor de Agua (lluvia)

Este tipo de sensores detectan la presencia de lluvia por la variación de conductividad del sensor al entrar en contacto con el agua.

Constructivamente son sensores sencillos. Se dispone de dos contactos, unidos a unas pistas conductoras entrelazadas entre sí a una pequeña distancia, sin existir contacto entre ambas. Al depositarse agua sobre la superficie, se pone en contacto eléctrico ambos conductores, lo que puede ser detectado por un sensor.

Ambos modelos se envían con una placa de medición estándar con el comparador LM393, que permite obtener la lectura tanto como un valor analógico como de forma digital cuando se supera un cierto umbral, que se regula a través de un potenciómetro ubicado en la propia placa.

Los valores analógicos medidos varían desde 0 para una placa totalmente empapada, a 1023 para una placa totalmente seca.

b )      Sensor de flama.

Un sensor de llama óptico es un dispositivo que permite detectar la existencia de combustión por la luz emitida por la misma y esta luz puede ser detectada por un sensor óptico.

Este tipo de sensores de llama infrarrojos suelen incorporar una placa de medición estándar con el comparador LM393, que permite obtener la lectura tanto como un valor analógico como de forma digital cuando se supera un cierto umbral, que se regula a través de un potenciómetro ubicado en la placa.

c )     Sensor de sonido:

Este es un sensor de sonido muy simple. El mismo está compuesto por un micrófono, un amplificador LM393 y un preset. Cuenta con dos salidas, una digital y la otra analógica.

El pinout de este sensor es muy simple. Cuenta con cuatro terminales, los cuales estan serigrafiados en la placa. Estos son:

Ø  AO = Analog Output

Ø  GND = Ground

Ø  VCC = Alimentación de 3.3V a 12V

Ø  DO = Digital Output

Lo interesante de este sensor, es que la señal que nos entrega es digital y analógica, lo cual nos permite decidir cual utilizar segun nuestras necesidades. Si necesitamos saber el valor del sensor, podremos utilizar directamente la salida analógica para conseguir los datos crudos. Sino, podemos utilizar la salida digital, la cual se activa o se desactiva según si el sensor llega a medir la intensidad del sonido que le configuremos, mediante la definición de la sensibilidad del sensor.

d )    Sensor de proximidad:

Módulo Sensores de proximidad tiene orden interna transmisor de infrarrojos y el receptor que emite energía de IR; se ve para la energía IR reflejada para detectar la presencia de cualquier obstáculo en la parte frontal del módulo sensor. El módulo tiene el potenciómetro de la tarjeta que permite al usuario ajustar el rango de detección. El sensor tiene una respuesta muy buena y estable incluso con luz ambiente o en completa oscuridad.

Características

Ø  Circuito detetction basado LM393 Comparador es muy estable y precisa

Ø  Potenciómetro establece rango de detección de obstáculos

Ø  Indicador LED de alimentación

Ø  Indicador LED Detección Obsatcle

Distribución de los pines

Ø  VCC: 3.3V-5V

Ø  GND:pin de tierra o negativo.

Ø  OUT: salida digital.

e ) Sensor de Gas :

El módulo sensor de gas analógico (MQ-6) se utiliza en la detección de fugas de gas de equipos en los mercados de consumo y la industria, este sensor es adecuado para la detección de GLP, i-butano, propano, metano, tiene una alta sensibilidad, un tiempo de respuesta rápido y dicha sensibilidad puede ser ajustada por el potenciómetro.

Características:

Ø  Necesidades de alimentación: 5V

Ø  Tipo de interfaz: Analógico.

Ø  Pin Definición: 1-salida, 2 GND, 3-VCC

Ø  Amplio alcance de detección.

Ø  Respuesta rápida y alta sensibilidad.

Ø  Baja sensibilidad al alcohol y al humo

Pines

Ø  VCC ↔ 2.5V ~ 5.0V

Ø  GND ↔ tierra

Ø  AOUT ↔ MCU.IO (salida analógica)

Ø  DOUT ↔ MCU.IO (salida digital)

      f )       Sensor Magnético:

Se trata de un sensor que forma un circuito cerrado por un imán y un contacto muy sensible que al separarse, cambia el estado (se puede programar como NC o NA) provocando un salto de alarma. Se utiliza en puertas y ventanas, colocando una parte del sensor en el marco y otra en la puerta o ventana misma.

g )   Módulo Relé de potencia

El relé o relevador es un dispositivo electromagnético. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.

Características:

Ø  Voltaje entrada: 5 V

Ø  Voltaje de control:3 ~ 9 V

Ø  Voltaje de salida: 250 VCA o 30 VDC

Ø  Corriente a la salida: 10 A

Terminales:

Ø  VCC – Voltaje de entrada de 5 V

Ø  IN – Voltaje de entrada de 3.3 V

Ø  GND – Tierra común del circuito

B) Tareas realizadas en el laboratorio

En el laboratorio experimentamos cómo funcionan los siguientes sensores.

1)    sensor de agua:  este sensor detecta el agua y tiene una entra a la fuente y la otra a tierra y una salida digital.

Como se ve en la imagen esta prende una luz en señalar que detecto el agua.

2)    sensor de flama: este sensor da una señal cuando hay fuego y tiene una entrada que va a la fuente y otra a tierra y además una señal digital.

3)sensor de sonido: este sensor detecta cuando hay sonido y además tiene un tiene dos salidas que son una digital y la otra analógica.

4)sensor de proximidad: el sensor da una señal cuando detecta un acercamiento en el punto donde se encuentra dicho sensor. Este se puede graduar a que distancia quieres que detecte algo.

5)sensor de gas: el sensor detecta la presencia de gas. Además, tiene una salida digital y la otra analógica.

Como se puede apreciar en la imagen cuando prende la luz da la señal de presencia de gas.

6) sensor magnético: este sensor más sencillo tiene una entrada y salida.

7) Sensor relé de potencia: este sensor funciona como un amplificador tiene dos salidas una digital y la otra analógica.

C) Video explicativo

D) Problema reto planteado:

SISTEMA DE SEGURIDAD DOMÉSTICA

En una residencia del Paucarpata se ha detectado 4 robos consecutivos en los últimos 2 meses (sustracción de todos los artefactos electrónicos de la sala principal de la casa), por la cual el dueño  de dicha casa  ha dispuesto mejorar las medidas de seguridad para solucionar el problema, y para ello se ha decidido implementar una alarma de seguridad (sirena y lámpara, como indicadores de que algo está sucediendo).

Para ello se tomará en cuenta las siguientes condiciones:

-          Los habitantes descansan   desde las 10 pm hasta las 5 am, por lo que la alarma se activará en ese lapso de tiempo, y se accionará partir de un interruptor colocado en la habitación del dueño.

-          Se colocará dos sensores: uno de proximidad el cual  en caso de detectar la presencia de algún intruso, activará sólo el led contra robo.

-          Y el sensor de sonido al escuchar algún ruido,  se activará, prendiendo la sirena y la lámpara indicadora  contra robo.

-          Además se colocará un sensor magnético en la puerta principal, el cual al detectar que se abra, se activará solo la sirena.

ENTRADAS:

Interruptor : para activar la alarma :  

0: cuando esta desactivado

1 : cuando está activado

Sensor Magnético :

1 : cuando esta las puertas están cerradas

0 : cuando las puertas están abiertas

Sensor de proximidad :

1: cuando no haya nadie cerca

0: cuando detecta a alguna persona cerca

Sensor de sonido:

0 : cuando la habitación esté en silencio

1 : cuando se escuche algún ruido sospechoso.

SALIDAS:

-          Sirena

-          Lámpara indicadora contra robo

Tabla de verdad

Interruptor = I

Sensor Magnético: M

Sensor de proximidad : P

Sensor de sonido: S

Sirena = A

Lámpara indicadora contra robo : L

E) Conclusiones y observaciones

Observaciones:

Ø  Algunos sensores trabajados en clase tienen poco alcance para la lectura de datos, por lo que si se requiere implementarlo en un algún lugar en especial, como por ejemplo una industria, se deben trabajar con sensores mucho más sofisticados.

Ø  El modulo relé es de suma importancia en etapas de potencia, ya que con solo 5 v, se podría permitir la activación de otros dispositivo que trabaja a mayor voltaje.

Ø  Es importante conocer las terminales de un sensor y de cómo se conectan, ya que  de conectarlo inapropiadamente se dañaría dicho dispositivo.

Ø  Todos los sensores utilizados en laboratorio  tenían el mismo voltaje de entrada, que fue de 5v brindados por el entrenador.

Conclusiones:

Ø  Los sensores son dispositivos capaces de detectar algún tipo de magnitud física o química, y transformarla en variables eléctricas.

Ø  Los sensores se pueden clasificar en función de su salida ( DO,AO), es decir, sensores digitales y sensores analógicos.

Ø  Los actuadores son dispositivos activados por un controlador y que dan una salida requerida, como por ejemplo: un motor, una lámpara, etc.

Ø  El uso de sensores es de suma importancia en nuestra actualidad, y estos también pueden ser utilizados con módulos de desarrollo, como por ejemplo, el Arduino.

F) bibliografía y web recomendada

·         Floyd, Thomas (2006) Fundamentos de sistemas digitales.  Madrid.: Pearson Educación (621.381/F59/2006) Disponible Base de Datos Pearson

·         Mandado, Enrique (1996) Sistemas electrónicos digitales.  México D.F.: Alfa omega. (621.381D/M22/1996)

·         Morris Mano, M. (1986) Lógica digital y diseño de computadoras.  México D.F.:  Prentice Hall (621.381D/M86L)

·         Tocci, Ronald (2007) Sistemas digitales: Principios y aplicaciones.  México D.F.: Pearson Educación. (621.381D/T65/2007) Disponible Base de Datos Pearson

F) Foto de los integrantes

-Sarmiento Condori ,Jimmy

-Salas Rayan, Abat

-Sejje Yucra , Fernando