Significados de Resistencia , Resistividad

 

INTRODUCCION:

Hoy en día la tecnología nos permite tener acceso a elementos eléctricos como un sensor ultrasónico que utiliza un ultrasonido que son las vibraciones que tiene frecuencia superior a las que puede detectar  por las personas ya que estas vibraciones son (>20KHz) o un servomotor que son conocidos como ”sevo”

Como su nombre lo indica, los sensores ultrasónicos miden la distancia mediante el uso de ondas ultrasónicas. El cabezal emite una onda ultrasónica y recibe la onda reflejada que retorna desde el objeto. Los sensores ultrasónicos miden la distancia al objeto contando el tiempo entre la emisión y la recepción.

Utiliza un elemento ultrasónico único, tanto para la emisión como la recepción. En un sensor ultrasónico de modelo reflectivo, un solo oscilador emite y recibe las ondas ultrasónicas, alternativamente. Esto permite la miniaturización del cabezal del sensor.

 

 

 

 

 

 

 

 

MARCO TEORICO:

Los sensores de ultrasonidos o sensores ultrasónicos son detectores de proximidad que trabajan libres de roces mecánicos y que detectan objetos a distancias que van desde pocos centímetros hasta varios metros. El sensor emite un sonido y mide el tiempo que la señal tarda en regresar.

Estos reflejan en un objeto, el sensor recibe el eco producido y lo convierte en señales eléctricas, las cuales son elaboradas en el aparato de valoración. Estos sensores trabajan solamente donde tenemos presencia de aire (no pueden trabajar en el vacío, necesitan medio de propagación) y pueden detectar objetos con diferentes formas, colores y superficies. Así como materiales, que pueden ser sólidos, líquidos o polvorientos. Sin embargo han de ser deflectores de sonido.

Los sensores trabajan según el tiempo de transcurso del eco, es decir, se valora la distancia temporal entre el impulso de emisión y el impulso del eco.

Los sensores de ultrasonidos son sensores de baja precisión. La orientación de la superficie a medir puede provocar que la onda se refleje, falseando la medición. Además, no resultan adecuados en entornos con gran número de objetos, dado que el sonido rebota en las superficies generando ecos y falsas mediciones. Tampoco son apropiados para el funcionamiento en el exterior y al aire libre.

Funcionamiento de sensor Ultrasonido

    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

 

 

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.

El motivo de dividir por dos el tiempo (además de la velocidad 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.

Características

La siguiente lista muestra las características típicas habilitadas por el sistema de detección.

[Objeto transparente detectable]:

Dado que las ondas ultrasónicas pueden reflejarse en una superficie de vidrio o líquido, y retornar al cabezal, incluso los objetos transparentes pueden ser detectados.

[Resistente a niebla y suciedad]:

La detección no se ve afectada por la acumulación de polvo o suciedad.

[Objetos de forma compleja detectables]

La detección de presencia es estable, incluso para objetos tales como bandejas de malla o resortes.

 

     Sensor HC-SR04:

El HC-SR04 es un sensor ultrasónico de bajo costo que no sólo puede detectar si un objeto se presenta, como un sensor PIR (Passive Infrared Sensor), sino que también puede sentir y transmitir la distancia al objeto. Tienen dos transductores, básicamente, un altavoz y un micrófono. Ofrece una excelente detección sin contacto (remoto) con elevada precisión y lecturas estables en un formato fácil de usar. El funcionamiento no se ve afectado por la luz solar o el material negro como telémetros ópticos (aunque acústicamente materiales suaves como telas pueden ser difíciles de detectar). La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 °C) es de 343 m/s. (por cada grado centígrado que sube la temperatura, la velocidad del sonido aumenta en 0,6 m/s)

Características técnicas

Los módulos incluyen transmisores ultrasónicos, el receptor y el circuito de control.

Número de pines:

* VCC: Alimentación +5V (4.5V min – 5.5V max)

* TRIG: Trigger entrada (input) del sensor (TTL)

* ECHO: Echo salida (output) del Sensor (TTL)

* GND: Corriente de reposo: < 2mA

Corriente de trabajo: 15mA

Ángulo de medición: 30º

Ángulo de medición efectivo: < 15º

Detección de 2cm a 400cm o 1" a 13 pies (Sirve a más de 4m, pero el fabricante no garantiza una buena medición).

Resolución” La precisión puede variar entre los 3mm o 0.3cm.

Dimensiones: 45mm x 20mm x 15mm

Frecuencia de trabajo: 40KHz

Funcionamiento

     Enviar un Pulso "1" de al menos de 10uS por el Pin Trigger (Disparador).

 

    El sensor enviará 8 Pulsos de 40KHz (Ultrasonido) y coloca su salida Echo a alto (seteo), se debe detectar este evento e iniciar un conteo de tiempo.

   La salida Echo se mantendrá en alto hasta recibir el eco reflejado por el obstáculo a lo cual el sensor pondrá su pin Echo a bajo, es decir, terminar de contar el tiempo.

Se recomienda dar un tiempo de aproximadamente 50ms de espera después de terminar la cuenta.

  La distancia es proporcional a la duración del pulso y puedes calcularla con las siguiente formula (Utilizando la velocidad del sonido = 340m/s):

Distancia en cm (centímetros) = Tiempo medido en us x 0.017

Sensor ultrasónico, montando el circuito

Se trata de un circuito muy sencillo. Por un lado vamos a tener toda la parte de alertas, acústica y visual, y por otra parte el sensor de ultrasonidos. En el siguiente esquema muestra el conexionado

¿Dónde se utiliza el sensor ultrasónico?

Si bien en la gran mayoría de los casos se utilizan para automatizar determinados procesos industriales, en la actualidad existen varios tipos de sensores ultrasónicos

Sensores ultrasónicos de forma cilíndrica: son uno de los tipos de sensores más comunes porque se utilizan en procesos higiénicos o en trabajos sobre sustancias químicas.

Sensores ultrasónicos cúbicos: son compatibles para toda medición de distancia, destacando especialmente en lugares en los que se requiera de máxima precisión. Otra característica de estos dispositivos es que son muy resistentes.

Sensores ultrasónicos de doble hoja: son óptimos para trabajos relacionados con hojas y láminas, gracias a que su aplicación es extremadamente segura y a que tienen la capacidad de eliminar material inservible. Otra función para la que se suelen utilizar estos dispositivos es para el etiquetado de alimentos.

Sensores ultrasónicos de higiene: están especialmente recomendados para procesos industriales destinados a la fabricación de alimentos porque evita la proliferación de líquidos y vapores.

Sensores ultrasónicos resistentes a químicos: estos dispositivos destacan por tener un sello impenetrable, el cual prohíbe la entrada de sustancias ácidas y alcalinas.

Beneficios de los sensores ultrasónicos

Independientemente de las características de los sensores ultrasónicos, un buen dispositivo te ofrecerá las siguientes ventajas:

Ofrece un gran rendimiento.

Son dispositivos que perduran por muchos años.

Es capaz de llegar a áreas de muy difícil acceso.

Evitan la acumulación de polvo.

El sistema de radar es un sistema complejo que utiliza muchos elementos tales como el procesamiento de señales, procesamiento de datos,dispersión electromagnética, detección, estimación de parámetros, extracción de información, antenas, transmisores y receptores. Lo anterior hace que sea un sistema muy interesante de estudiar y con ello lograr el desarrollo de nuevos campos de aplicación que contribuyan en el mejoramiento de nuestra vida cotidiana.

El desarrollo de un radar hoy en día puede llegar a facilitar la obtención de muchas cosas como podrían ser imágenes de superficies planetarias o cartografía de zonas de alta nubosidad (inaccesibles mediante sensores ópticos), es por eso que el desarrollo de un radar puede ser una tecnología que pueda ayudar a resolver estos problemas.

El desarrollo de este radar se realizó a través de Arduino, un sensor HY-SRF04 y un servomotor y para visualizar los datos obtenidos a través del sensor se visualizan en el pc mediante la comunicación serial

El principio del radar fue expuesto por el escritor norteamericano H. Gernsback en su novela de ciencia ficción a fines de 1911. En 1922, Marconi expuso el principio de reflexión de las ondas electromagnéticas al incidir sobre un obstáculo. Appleton en el año de 1924, estudió la reflexión de impulsos electromagnéticos en la ionósfera y un tiempo después, Pierre David localizó un avión en vuelo mediante este procedimiento. La invención de los amplificadores de potencia, primero el magnetrón y más adelante el Klystron, abrieron auténticas posibilidades en el desarrollo del sistema de radar. En los años de 1934 y 1935, las investigaciones legaron a resultados prometedores, gracias al alemán R. Kuhnhold al británico Watson Watt, quienes diseñaban dispositivos para la localización de aeronaves en vuelo. Sin embargo, no fue hasta después de la segunda guerra mundial que el uso del radar se generalizó en el campo naval, aéreo y terrestre, tanto militar como civil. El termino radar es una contracción de las palabras en inglés Radio Detection And Ranging (radio detección y medición de la distancia) [1]. El nombre refleja la importancia dada por los primeros investigadores en este campo sobre la necesidad de un dispositivo para detectar la presencia de un blanco y la medición de su distancia. No existe alguna técnica competitiva que pueda medir con exactitud grandes distancias tanto en clima, bueno o adverso, tan bien como el radar. En la actualidad el radar es un sistema que sirve para detectar, seguir y obtener la distancia, posición, velocidad, y forma de objetos tales como aviones, barcos, naves espaciales, vehículos, personas, etc.

¿Por qué usar Arduino?

Arduino es libre y extensible: así cualquiera que desee ampliar y mejorar el diseño hardware de las placas como el entorno de desarrollo, puede hacerlo sin problemas. Esto permite que exista un rico ecosistema de placas electrónicas no oficiales para distintos propósitos y de librerías de software de tercero, que pueden adaptarse mejor a nuestras necesidades.

Arduino tiene una gran comunidad: Gracias a su gran alcance hay un gran comunidad trabajando con esta plataforma. Así se genera una cantidad de documentación bastante extensa, la cual abarca casi cualquier necesidad.

 

Su entorno de programación es multiplataforma. Se puede instalar y ejecutar en sistemas operativos Windows, Mac OS y Linux.

Lenguaje de programación de fácil compresión. Su lenguaje de programación basado en C++ es de fácil compresión. C++ permite una entrada sencilla a los nuevos programadores y a la vez con una capacidad tan grande, que los programadores mas avanzados pueden exprimir todo el potencial de su lenguaje y adaptarlo a cualquier situación.

Operación del radar

El radar es un sistema electromagnético que sirve para detectar y localizar blancos tales como aviones, barcos, naves espaciales, vehículos, gente y medio ambiente. Su operación consiste en radiar ondas electromagnéticas al espacio y detectar el eco de la señal reflejada del blanco. La energía reflejada que regresa al radar no solo indica la presencia de un objeto, puesto que comparando la señal recibida con la señal que fue transmitida, se puede determinar su posición. El radar puede realizar su función a grandes o cortas distancias y puede operar en la oscuridad, neblina, niebla, lluvia y nieve. Su habilidad de medir distancia y velocidad con una alta exactitud y además de proporcionar la imagen del blanco, son unos de sus principales atributos.

 Un transmisor genera una señal electromagnética (como por ejemplo un pulso corto de onda senoidal) que es radiado al espacio por medio de una antena. Una porción de la energía transmitida es interceptada por el blanco y reflejada en muchas direcciones. La energía reflejada del blanco que regresa hacia el radar es capturada por la antena del radar.

El ángulo de la posición del blanco puede ser encontrado mediante el ancho de lóbulo principal de la antena de radar, cuando la señal recibida tiene máxima amplitud. Si el blanco está en movimiento, ocurre un cambio de frecuencia en la señal debido al efecto Doppler.

 Este cambio de frecuencia es proporcional a la velocidad del blanco en relación con el radar (también llamado velocidad radial). El cambio de frecuencia Doppler es muy utilizado en radares para diferenciar blancos en movimiento que se desean localizar, de los objetos estáticos no deseados denominados "clutters", los cuales son reflejados del ambiente natural tales como la tierra, el mar o la lluvia.

 

 

Clasificaciones del radar

Radar de onda continua (CW): transmite ininterrumpidamente. El radar de la policía suele ser de onda continua y detecta velocidades gracias al efecto Doppler.

Radar de onda continua con modulación (CW-FM, CW-PM): se le añade a la señal modulación de fase o frecuencia con objeto de determinar cuándo se transmitió la señal correspondiente a un eco (permite estimar distancias).

Radar de onda pulsada: es el funcionamiento habitual. Se transmite periódicamente un pulso, que puede estar modulado o no. Si aparecen ecos de pulsos anteriores al último transmitido, se interpretarán como pertenecientes a este último, de modo que aparecerán trazas de blancos inexistentes. Según su finalidad

Radar de seguimiento: es capaz de seguir el movimiento de un blanco. Por ejemplo, el radar de guía de misiles.

Radar de búsqueda: explora todo el espacio, o un sector de él, mostrando todos los blancos que aparecen. Existen radares con capacidad de funcionar en ambos modos.

Frecuencias de radar

Los sistemas de radar trabajan en diferentes porciones de las bandas de frecuencia UHF, L, S, C, X, KU, K, Ka . En principio estas bandas fueron designadas de esta forma en la segunda guerra mundial como secreto militar, donde el código original de letras era P, L, S, X, y K posteriormente se le añadieron mas bandas. Una vez que ya no fue secreto militar se divulgaron y en la actualidad permanecen estas designaciones. En general los radares trabajan en longitudes de onda entre 100 cm o mas, hasta 10 –7mts o menos, lo cual en frecuencia sería aproximadamente de menos de 1 GHz, hasta mayor de los 100 GHz [1]. Sin embargo, no existen límites fundamentales para las frecuencias de radar. Cualquier dispositivo que detecte y localice  por medio de la radiación electromagnética y utilice el eco  puede ser clasificado como un radar, cualquiera que sea la frecuencia utilizada.

CONCLUSIONES

En el desarrollo del proyecto se logra al objetivo de diseñar y construir un prototipo capaz de detectar objetos que se encuentren a su paso. Esto se llevó a cabo gracias al estudio de las ondas ultrasónicas, y funcionamiento de un radar, además se logró con la ayuda de dispositivos que hoy en día se pueden conseguir en cualquier tienda de electrónica.

A pesar de haber logrado el objetivo, en el proyecto se muestra aun un margen de error, comparando la medida real con la que se muestra en pantalla, además no existe una restricción en cuanto a los objetos que pueda detectar, prácticamente todos los materiales que reflejan el sonido son detectados, independientemente de su forma o color, aun materiales transparentes o delgados no presentan algún problema para el radar, como la distancia hacia el objeto es medida por medio del tiempo de recorrido del sonido, y no por una medición de la intensidad, el sensor ultrasónico es insensible al ruido de fondo, pudiendo funcionar así hasta en medios polvorientos, viscosos etc.

Con un mayor tiempo de análisis se puede lograr realizar una guía y trazado de superficies y áreas nubosas, se puede obtener una visualización de distancia o volumen, lo cual es ideal para superficies estrechas y atmosferas corrosivas como por ejemplo áreas donde haya ocurrido un accidente nuclear y de este método poder escanear la zona a una distancia remota lejos del peligro para la vida humana, cabe mencionar que al inicio del proyecto uno de los objetivos era detectar personas, ya que como sabemos el ruido ambiente no afecta la operación del ultrasónico y con ayuda de ondas electromagnéticas que se propagan a través de los muros y otros obstáculos se podría medir los cambios en el medio de propagación y analizar las modificaciones en los distintos tipos de ondas, y así tal vez encontrar la presencia de una persona, hoy en día, por ejemplo, se observan las radiografías con ultrasonido, es por eso que el campo de exploración es grande y está en desarrollo. El desarrollo de este proyecto nos ayudó a poner en práctica algunas de las cualidades que hemos aprendido a lo largo de la carrera, física, matemáticas,

programación etc…

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	Instituto Politécnico Nacional (IPN) Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (ESIME) Unidad Zacatenco Campos y Ondas Electromagnéticas Proyecto Final “Radar” Profesor: Brito Rodríguez Rolando Alumnos: García Flores Alejandro Ortega Moran Edgar Eduardo Mata Ramirez Angel David

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                           

Objetivos

 

·       Por medio de los aprendizajes obtenidos durante el curso poder desarrollar una idea funcional.

·       Por medio de interconexiones de componentes electrónicos a través de una placa, comprobar el correcto funcionamiento de un sensor el cual es un claro ejemplo del uso y aprovechamiento de campos y ondas electromagnéticas

·       Comprobar el correcto funcionamiento del radar y sus funciones básicas, las cuales son: Detección: decidir si hay o no un blanco a una distancia determinada R llamada alcance máximo o zona de cobertura, estimación: extraer información de la señal recibida

·       Una vez cubierto el anterior punto, por medio de las teorías de señales comprobarlas con su correcto funcionamiento

 

Cronograma de actividades

 

Actividades	Diciembre (Divido por semanas)				Enero (Divido por semanas)
Planeación de Proyecto
Investigación Teórica
Prototipo
Armado de proyecto
Síntesis y elaboración de proyecto