Sensores En Robotica

Sensores en Robótica

Introducción:

Una parte importante a la hora de construir un robot es la incorporación de sensores.

Los sensores trasladan la información desde el mundo real al mundo abstracto de los

microcontroladores.

En este documento se explican los conceptos fundamentales de los sensores mas

comúnmente usados.

Valores de salida de los sensores:

Los sensores ayudan a trasladar los atributos del mundo físico en valores que la

controladora de un robot puede usar.

En general, la mayoría de los sensores pueden ser divididos en dos grandes grupos:

1. Sensores analógicos

2. Sensores Digitales

Un sensor analógico es aquel que puede

entregar una salida variable dentro de un

determinado rango (ver figura de la derecha).

Un Sensor analógico, como por ejemplo una

Fotorresistencia (estos componentes miden

intensidad de luz), puede ser cableado en un

circuito que pueda interpretar sus variaciones

y entregar una salida variable con valores

entre 0 y 5 volts.

Un sensor digital es aquel que entrega una

salida del tipo discreta (ver figura de la

izquierda). Es decir, que el sensor posee una

salida que varía dentro de un determinado

rango de valores, pero a diferencia de los

sensores analógicos, esta señal varía de a

pequeños pasos pre-establecidos.

Por ejemplo consideremos un botón pulsador, el cual es uno de los sensores más

básicos. Posee una salida discreta de tan solo dos valores, estos pueden ser abierto o

cerrado. Otros sensores discretos pueden entregar una salida del tipo binario, como es el

caso de un conversor Analógico/Digital, el cual entrega una salida de 8 bits capaz de

subdividir las variaciones de la entrada en hasta 256 escalones.

Los sensores discretos mas comúnmente usados en robótica entregan una salida del tipo

binaria las cuales poseen dos estados posibles (0 y 1). De aquí en adelante asumiremos

que una salida digital es una salida del tipo binaria.

La distinción entre analógico y digital es muy importante a la hora de tomar la decisión

para determinar que sensores se usarán. Esta decisión depende en gran medida de la

capacidad y características de la controladora que se usará.

Conversión Analógica/Digital:

Los microcontroladores generalmente operan con valores discretos. Los controladores

como el Motorola 68HC11, el PIC 16F84, etc., trabajan con valores binarios de 8 bits.

Una parte importante a la hora de trabajar con señales analógica es la posibilidad de

transformar las mismas en señales digitales mediante el uso de un conversor A/D

(analógico/digital) y entregar su salida sobre un bus de 8 bits (1 Byte). Esto permitirá al

microcontrolador poder tomar decisiones en base a la lectura obtenida. Cabe destacar

que en la actualidad existen microcontroladores que ya poseen este conversor integrado

en si mismos, lo que permite ahorrar espacio y simplificar el diseño.

En la siguiente figura se puede ver un ejemplo de como se comportaría un conversor

A/D (analógico/digital):

Voltaje entre

(v)

Valor de Salida

(binario)

Valor de salida

(decimal)

0.0000 0.0195 00000000 0

0.0195 0.0391 00000001 1

0.0391 0.0586 00000010 2

0.0586 0.0781 00000011 3

0.0781 0.0977 00000100 4

Podemos ver como para distintos rangos de valores de valores de entrada, se obtiene un

valor de salida binario. Si nuestro rango de entrada está entre 0 y 5 volts, un conversor

A/D de 8 bits podrá dividir la tensión de entrada en 256 valores binarios. Esto resulta en

un escalón de 0.0195 volts. Esto se puede ver claramente en la tabla anterior, si bien

solo están representados los primeros cinco niveles.

El gráfico anterior muestra el resultado de una conversión A/D para 14 muestreos. El

número del muestreo es mostrado en el eje X en la parte inferior. El lado izquierdo del

eje Y indica el voltaje de la entrada analógica que está siendo muestreada. Sobre el lado

derecho del eje Y podemos ver el valor digital de 8 bits asignado a cada punto del

muestreo. (visto en formato decimal).

Existen una gran variedad de conversores A/D en el mercado. Los de 8 bits se usan

comúnmente con microcontroladores, pero también existen de 10 bits, capaces de tomar

hasta 1024 muestras. Y de 12 bits, capaces de tomar hasta 65356 muestras.

A mayor cantidad de muestras mayor será la precisión obtenida, por lo que la elección

del conversor A/D adecuado dependerá de que tan exacto deberá ser nuestra lectura del

sensor.

Sensores Analógicos mas frecuentes:

Recuerde que para usar con éxito un sensor analógico, deberá poseer alguna forma de

convertir la salida generada por este en una señal digital capaz de ser interpretada por un

sistema microcontrolado.

Todos los circuitos mostrados en esta sección están pensados para ser usados

conectándolos a un conversor A/D.

Recuerde que muchos microcontroladores ya traen integrado estos conversores, en caso

contrario se deberá agregar externamente uno como por ejemplo el ADC0801 de

National Semiconductores (http://www.national.com/) o similares.

Fotorresistencia:

Estos fotorresistores (también llamados LDR) poseen la capacidad de variar su valor

acorde a la cantidad de luz que incide sobre ellos.

El LDR mostrado como P1 en el diagrama

de la izquierda posee una resistencia de

10K operando con una iluminación

intermedia.

Junto con R1 que también es de 10K,

producen un divisor resistivo. La tensión

medida en el punto medio de este divisor

variará según varíe la luz que incida sobre

el LDR.

Debido a que el valor resistivo del LDR

decrece a medida que la luz aumenta, en

consecuencia la tensión en el punto medio

disminuirá también a medida que la luz

aumente y viceversa.

A modo de ejemplo supongamos que hay suficiente iluminación para llevar el valor del LDR a

2K. En este caso la tensión medida en el punto medio (considerando VCC=5v) sería:

V= P1*(VCC/(P1+R1))

Entonces V=2K*(5/(2K+10K))= 0.83v

Si la salida del punto medio la transformáramos a

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