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Laboratorio de Sistemas de Control y Mecatrónica

Detectores de Distancias Infrarrojos 27 de Julio del 2015, 1° Término 2015-2016

Luis Alfredo Campoverde Encarnación

Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP) Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL)

Guayaquil-Ecuador lualcamp@espol.edu.ec

Resumen

Se realizaron marcas sobre cinta colocada sobre una una mesa, cada una a 4 cm de distancia entre sí hasta tener una distancia total de 44 cm, luego se obtuvieron mediciones de voltaje de los sensores infrarrojos colocando un objeto en las distancias que fueron marcadas previamente. Con esto se obtuvo una gráfica la cual corresponde a la funcion de transferencia del sistema de control de proximidad del robotino. Luego se colocaron los valores obtenidos en una tabla modificando la función de transferencia original del Robotino, con esto se hizo mover al robotino configurando una distancia desde un ordenador y midiendo la distancia recorrida por el Robotino. Comparando estas mediciones se obtuvo que la función de transferencia medida no es igual a la original del equipo ya que se obtuvieron errores demasiado grandes entre estas funciones. Palabras Clave: sensor infrarrojo, control, Robotino, función de transferencia.

Abstract

Marks on tape placed on a table, each 4 cm apart until a total distance of 44 cm were performed, then voltage measurements infrared sensors placing an object at distances that were previously tagged obtained. With this graph, which corresponds to the transfer function of the proximity control system of robotino, it was obtained. The values obtained in a table by modifying the original transfer function Robotino , this was done with moving the robotino setting a distance from a computer and measuring the distance traveled by the Robotino were then placed . Comparing these measurements it was found that the measured transfer function is not equal to the original team as too large errors between these functions were obtained. Key Words: infrared sensor, control, Robotino, transfer function. Introducción Un sensor infrarrojo es un dispositivo electrónico capaz de medir la radiación electromagnética infrarroja de los cuerpos en su campo de visión. Todos los cuerpos reflejan una cierta cantidad de radiación, esta resulta invisible para el ojo humano ya que se encuentra en el rango del espectro debajo de la luz visible.  

La banda infrarroja va desde los 0.75 hasta los 1000 µm y se puede diferencia las siguientes bandas: -IR cercano: 0.75 a 3 µm. -IR medio: 3 a 6 µm. -IR lejano: 6 a 15µm. -IR extremo: 15 a 1000µm. Ilustración  1.  Sensor  infrarrojo.

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El sensor infrarrojo se basa en la emisión de cuerpo negro ideal, es decir, un cuerpo que absorbe y remite toda la radiación incidente, independiente de la longitud de onda que sea. Ya que esta situación es ideal, se trabaja con una aproximación de cuerpo negro, donde la radiación incidente no sólo se absorbe, también se refleja y se transmite. Existen varios tipos de detectores infrarrojos. El más común es el sensor térmico, que se basa en que la radiación se transforma en calor. También existen los detectores cuánticos, que se basan en que la radiación cambia el estado cuántico del material. Las cámaras infrarrojas, que utilizan matrices de detectores para obtener la imagen, los pirómetros que ofrecen una medida puntual y los escáneres de línea, que obtienen la medida de una línea del campo de visión y completan la imagen con un barrido en el tiempo.

Equipos, Instrumentación y Procedimiento. 1) Sistema Didáctico Robotino móvil. 2) Software Robotino View 2. 3) Computadora con capacidad de

conexión inalámbrica WiFi. 4) Cualquier objeto que servirá de

obstáculo. 5) Flexometro. Sobre la cinta se realizarán marcas espaciadas a 4 cm entre sí, hasta tener una distancia de 40 cm. Enlazar el Robotino al software de la computadora mediante conexión WiFi y configurar los sensores 1 y 2 de modo que muestren en pantalla una respuesta de voltaje conforme se acerca un objeto a los sensores. Tomar los datos de

voltaje para cada una de las marcas que se hicieron inicialmente para ambos sensores. Con los valores obtenidos modificar la función de transferencia original del Robotino y programarlo para que se mueva una cierta distancia. Comprobar si la distancia programada es igual a la distancia de recorrido real. Resultados Los gráficos de las funciones de transferencia obtenidas a partir de los datos para ambos sensores se muestran en Anexos. Análisis de Resultados, Observaciones, Conclusiones y Recomendaciones Las gráficas muestran que las funciones de transferencia poseen un comportamiento exponencial. De modo que el voltaje del sensor aumentará conforme la distancia al obstáculo disminuya. Se observó que el voltaje de los sensores oscila mucho al momento de tomar las mediciones, además que el sensor posee un rango de mediciones de hasta 40 cm (sensibilidad) ya que a partir de este valor, el voltaje obtenido permanece constante. Los sensores del robotino utilizan el principio de reflexión directa para su operación, por lo que idealmente el obstáculo deberá ser un cuerpo negro, mas como estos son modelos idealizados, son la principal fuente de propagación de errores en las mediciones. Referencias Bibliográficas/Fuentes de información [1] Nise N. S. (2008). Control Systems Engineering (6ta Edición). Editorial John Wiley & Sons, Inc. [2] Ogata K. (2010). Ingeniería de Control Moderna (5ta Edición). Editorial Pearson. [3] Ferrero Corral J. M. (1994). Instrumentación Electrónica: Sensores I (1era Edición). Editorial Universidad Politécnica de Valencia.

Ilustración  2.  Tipos  de  Sensores

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Anexos

Tabla 1. Datos de voltaje y distancia la obstáculo del primer sensor

# Voltaje (mV) Distancia (cm) 1 2,50 4,00 2 1,41 8,00 3 0,94 12,00 4 0,69 16,00 5 0,52 20,00 6 0,42 24,00 7 0,34 28,00 8 0,25 32,00 9 0,20 36,00

10 0,12 40,00

Gráfico 1. Función de Transferencia del Sensor 1

0,00  

0,50  

1,00  

1,50  

2,00  

2,50  

3,00  

0,00   10,00   20,00   30,00   40,00   50,00  

Volta

je  (m

V)  

Distancia  al  Obstáculo  (cm)  

Sensor  1  

4    

Tabla 2. Datos de voltaje y distancia la obstáculo del segundo sensor

# Voltaje (mV) Distancia (cm) 1 2,50 4,00 2 1,36 8,00 3 0,86 12,00 4 0,60 16,00 5 0,45 20,00 6 0,35 24,00 7 0,26 28,00 8 0,22 32,00 9 0,17 36,00

10 0,14 40,00

Gráfico 2. Función de Transferencia del Sensor 2

Problema Adicional:

Suponga que uno de los sensores del robotino se encuentra averiado y se requiere sensar la proximidad de un obstáculo con inmediato sensor junto al averiado. Calcule los parámetros de operación y sensibilidad de este sensor.

Datos iniciales:

El robotino posee 9 sensores de proximidad igualmente espaciados angularmente alrededor del chasis, es decir cada sensor a 40˚ entre sí. Por lo que geométricamente la resolución del problema sera:

0,00  

0,50  

1,00  

1,50  

2,00  

2,50  

3,00  

0,00   10,00   20,00   30,00   40,00   50,00  

Volta

je  (m

V)  

Distancia  al  Obstáculo  (cm)  

Sensor  2  

5    

Entonces, la máxima distancia que el sensor 2 podrá detectar respecto al sensor 1, será de 21.38 cm.