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MINIPROYECTO N°2: CALCULO DE VOLUMEN CON EL

SENSOR DE PRESION MPX100

Hans Aaron Vilchez Chumpitaz e-mail: hans_vilchez@hotmail.com

Jhon Elvis Pariona Quispe e-mail: jhon_elvis_525@hotmail.com

RESUMEN: En el presente informe describiremos a detalle los procedimientos realizados para la creación

de un circuito para leer el volumen de un líquido en cm3, en un LCD en protoboard con el uso del acondicionamiento. También mostrares la programación del Arduino Mega2560.

PALABRAS CLAVES: Presión, volumen, Acondicionamiento.

ABSTRACT: In this report we describe in detail the procedures performed for setting a read circuit for a

liquid volume in cm3, in LCD in a breadboard with the use of conditioning. Also show Arduino programming Mega2560.

KEY WORDS: Pressure, volume, Conditioning.

1 INTRODUCCIÓN Los objetivos generales del presente proyecto son conocer el funcionamiento del sensor de presión MPX100, diseñar un acondicionamiento para acondicionar la señal de salida del sensor a un rango más apropiado que pueda ser leído por el Arduino, programar el Arduino Mega2560 para que el valor del volumen se muestre en un display LCD y completar el diseño del circuito detector de presión de tal manera que se pueda ajustar el valor de detección usando un potenciómetro.

2 MARCO TEORICO

2.1 SENSOR MPX100dp

El dispositivo de la serie MPx100 es un sensor de silicio presión piezo resistivo proporcionar una salida de tensión muy precisa y lineal - directamente proporcional a la presión aplicada. Previsibilidad de diseño de Motorola calibre tensión. Características

• Bajo Costo • Proporcional a Tensión de alimentación • 60 mV Span (tipo) Opciones • Absoluto, diferenciales y medidor • Linealidad ± 0,25% (máx.) Ejemplos de aplicación •Bomba / Motor Controllers

•Robótica

•Indicadores de nivel

•Diagnóstico Médico

• Presión de conmutación

• Barómetros

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• Altímetros

Fig. 1 ilustra una vista esquemática de la circuitería interna en el chip sensor de presión independiente.

Fig 2. Presión compensada Esquema del sensor

2.2 AMPLIFICADOR OPERACIONAL LM324

El LM324 está compuesto por cuatro amplificadores operacionales de alta ganancia, diseñados para trabajar con fuente de alimentación simple. Sin embargo, también son capaces de funcionar con una fuente de alimentación doble. Se puede utilizar para aplicaciones tales como: Bloques de ganancia DC, amplificadores y en cualquier circuito típico con amplificadores operacionales. Los cuales ahora son mas sencillos de implementar utilizando alimentación simple. Por ejemplo, el LM324 puede funcionar directamente a la tensión de 5V, tensión utilizada habitualmente en electrónica digital, sin necesidad de implementar otra fuente de alimentación doble de +/- 15Vdc. Características especiales Trabajando en la zona lineal, el rango de tensión de entrada en modo común incluye masa. Y la tensión de salida también puede aproximarse a masa, incluso cuando se trabaja con alimentación simple. La ganancia de frecuencia unitaria está compensada con la temperatura. La intensidad de polarización de entrada está también compensada con la temperatura. Ventajas

Se elimina la necesidad de fuentes de alimentación dobles.

Cuatro amplificadores operacionales en un solo componente.

Permite entradas cercanas a GND (masa) y la tensión de salida también llega GND.

Bajo consumo de energía, apropiado para funcionar a baterías.

Características

Internamente compensado en frecuencia para ganancia unidad

Alta ganancia en DC (100 dB)

Gran ancho de banda (ganancia unidad) 1MHz (compensada con la temperatura)

Alto rango de alimentación:

Alimentación simple: entre 3V y 32V

Alimentación doble: entre +/- 1,5V y +/- 16V

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Consumo de corriente muy bajo (700 µA) independiente de la alimentación

Muy baja corriente de polarización de entrada (45 nA) (compensado con la temperatura)

Bajo offset de voltaje de entrada (2mV) y offset de corriente (5 nA)

El rango de voltaje de entrada en modo común incluye masa.

El rango de voltaje diferencial en la entrada es igual al voltaje de alimentación.

Excursión máxima del voltaje de salida: desde 0V hasta V+ - 1,5V

Diagrama de conexión

2.3 AMPLIFICADOR RESTADOR

Este amplificador usa ambas entradas

invertida y no invertida con una ganancia de

uno, para producir una salida igual a la

diferencia entre las entradas. Es un caso

especial del amplificador diferencial. Se

pueden elegir también las resistencias para

conseguir una amplificación de uno.

2.4 AMPLIFICADOR INVERSOR

Se llama así este montaje porque la señal de

salida es inversa de la de entrada, en

polaridad, aunque pude ser mayor, igual o

menor, dependiendo esto de la ganancia que

le demos al amplificador en lazo cerrado. La

señal, como vemos en la figura, se aplica al

terminal inversor o negativo del amplificador y

el positivo o no inversor se lleva a masa. La

resistencia R2, que va desde la salida al

terminal de entrada negativo, se llama de

realimentación.

2.5 AMPLIFICADOR BUFFER

Se trata de un amplificador no inversor cuya

resistencia R1 vale infinito y R2 vale cero y

ganancia unidad. Tiene una impedancia de

entrada Zin muy elevada, y una impedancia

de salida Zout muy pequeña. Por este motivo

se utiliza principalmente para aislar dos

circuitos, de manera que el segundo no

resulte una carga para el primero, pues la

impedancia vista será la altísima Zin del

operacional. En este caso se dice que U1

sirve para “adaptar impedancias”. Existen

operacionales especiales para utilizarlos

como buffers, como el LM310 o el OPA633.

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3 ESTRUCTURA DE DISEÑO 3.1 DISEÑO DEL RECIPIENTE

El diseño es un prisma de base cuadrada, de 5cm x 5cm y una altura de 40cm para obtener un volumen de un litro exacto

Se hizo de acrílico de 3mm de espesor y se lo pego con formol y se hizo un orificio en la parte inferior para conectarlo al sensor MPX100. En el punto mas bajo tenemos la siguiente relación:

.

. . . . .

agua agua

agua agua

Peso m gFP

A A A

V g h A gP

A A

Esa es la presión del agua que ejerce en el punto mas bajo.

. .aguaP g h

3.2 DISEÑO EN PROTEUS El diseño comienza con las entradas de sensor MPX100 para 1 a tierra y 3 a 5v con un regulador de voltaje 7805 la patas 2 y 4 van primeramente a un buffer, luego se restan ambas entradas, luego se quita el offset y se amplifica con un amplificador restador con una ganancia 1666.6 y

finalmente se manda a la entrada A0 del arduino para se mostrado en el LCD.

3.3 PROGRAMACION EN ARDUINO

#include <LiquidCrystal.h> LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); float Setpoint;//cm^3 float Presion;//Pa float Gravedad=9.81;//m/s^2 float Densidad=1000;//kg/m^3 float Area=25;//cm^2 float Volumen;//Cm^3 float Altura;//cm int led=53; void setup() { lcd.begin(16,2); lcd.print(" Volumen de un"); lcd.setCursor(0,2); lcd.print(" Recipiente"); delay(2000); lcd.clear(); pinMode(led,OUTPUT); } void loop() { lcd.clear(); Setpoint=map(analogRead(A1),0,1024,0,1000); Presion=map(analogRead(A0),0,1024,0,5000); Altura=100*Presion/(Gravedad*Densidad); Volumen=Area*Altura; if(Volumen>=Setpoint) { digitalWrite(led,HIGH); } else

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{ digitalWrite(led,LOW); } //lcd.setCursor(0,1); lcd.print("V= "); lcd.print(Volumen,2); lcd.print(" cm^3"); lcd.setCursor(0,2); lcd.print("SP= "); lcd.print(Setpoint); lcd.print(" cm^3"); delay(100); } 3.4 IMÁGENES DEL MINIPROYECTO

4CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES En la parte de la amplificación tuvimos que dividirlo en tres partes para que amplifique mucho mejor en dos amplificadores inversor de ganancia 10 y un amplificador restador con ganancia 16.6 por que al ponerle la ganancia total de 1660 no votaba la ganancia que tenia que votar. Una observación fue el circuito tenia mucho ruido lo que hacia que oscile constantemente la respuesta que era el valor del volumen en el Arduino, con un condensador como nos mostro el profesor pudimos disminuir el ruido pero no en su totalidad.