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SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS PROVENIENTES DE SENSORES RESISTIVOS: DISEÑO Y REALIZACIÓN

Alumno: Diego De Dios Valiente

Especialidad: Electrónica

Tutor proyecto: Jordi Sellarès

Departamento: Física

ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN– Motivación del proyecto.– Antecedentes.– Objetivos.

2. DISEÑOS– Descripción primer diseño.– Descripción del segundo diseño.– Descripción del montaje del

condensador en el cable apantallado.– Descripción del montaje de los

sensores en el cable apantallado.– Descripción montaje del jack en el

cable apantallado.– Realización tarjeta de circuito impreso.

3. RESULTADOS– Ámbito de utilización.– Calibración de los sensores– Aplicaciones.

4. COMENTARIOS FINALES – Plan de trabajo.– Presupuesto.– Conclusiones.– Mejoras futuras.

1. INTRODUCCIÓN

Motivación del proyecto

• Conseguir un sistema de adquisición de datos basado en componentes de muy bajo coste.

• Que sea apto para ser utilizado desde ordenadores obsoletos.

• Debe ser portátil y compacto.

• No requiera HW que no sea estándar de cualquier PC.

Antecedentes

• Proyecto previo dedicado a la adquisición y generación de señales analógicas mediante la tarjeta de sonido.

• Proyecto previo dedicado al estudio de uno de los modos de trabajo del temporizador integrado NE555.

• Los dos proyectos anteriores están orientados al aprovechamiento de ordenadores obsoletos.

Objetivos

• Conseguir a partir del temporizador integrado NE555 funcionando en modo astable, el diseño de un sistema de adquisición de datos.

• Realización de un juego de sensores resistivos que puedan medir diferentes magnitudes (temperatura, luminosidad).

• Pasar la información obtenida a través del puerto paralelo.

• Alimentar el sistema desde el puerto paralelo.

2. DISEÑOS

Descripción primer diseño

• Para el primer diseño se utiliza el temporizador integrado NE555.

• El circuito integrado NE555 se presenta con un encapsulado de 8 patillas

• Es un integrado biestable.• Los biestables son aquellos integrados que

independientemente del voltaje de entrada dentro de su rango de trabajo, den únicamente dos valores de tensión de salida formando así una señal cuadrada.

Descripción primer diseño

• El integrado va a trabajar en modo astable. • Este circuito funciona solo aplicándole una +Vcc

sin necesidad de ningún impulso.• Cuando se le aplique la alimentación, el circuito

en la salida nos alterna de nivel alto a nivel bajo continuamente y con una frecuencia que le dan los componentes externos del circuito.

Esquema del primer montaje

Descripción del segundo diseño.• A continuación se prepara el cable apantallado colocando el sensor

en un extremo del cable y conectando el otro extremo al circuito. • El C1 se ha soldado en el cable apantallado como se explicará mas

tarde entre la malla y el hilo que corresponde con la conexión de las patillas del integrado 2 y 6.

• El objetivo es conseguir una cierta independencia con respecto al circuito consiguiendo de esta forma situar el sensor en el lugar que nos interese y ganando de esta forma movilidad.

Comparación de los dos montajes

Descripción del montaje del condensador en el cable apantallado.

Para colocar el condensador dentro del cable apantallado el proceso es el siguiente:

1. Calcular unos diez centímetros aproximadamente desde el extremo del conector.

2. Pelar medio centímetro de la cubierta de protección del cable.3. Retirar hacia un mismo sitio toda la malla del apantallamiento.4. Cortar la protección que separa la malla de los dos hilos.5. Pelar el hilo que corresponde.6. Colocar el condensador entre el cable pelado y la malla.7. Cortar la parte sobrante de las patas del condensador.8. Soldar con estaño las dos patas del condensador.9. Comprobar que no existe ningún tipo de contacto.10.Comprobar el correcto funcionamiento del circuito.11.Envolver toda la zona del condensador con “Araldit”.

Esquema y resultado práctico

Descripción del montaje de los sensores en el cable apantallado.

• Para colocar los sensores en el extremo del cable hay que seguir el siguiente procedimiento:

1. Pelar un centímetro del cable apantallado del extremo opuesto al del conector, dejando únicamente los dos hilos.

2. Pelar la punta de los dos hilos restantes.3. Soldar con estaño las dos patas del sensor

con su respectivo hilo.4. Comprobar su correcto funcionamiento.5. Cubrir toda la zona con “Araldit”.

El resultado final es:

Descripción montaje del jack en el cable apantallado

• La conexión del cable al circuito es con un jack stereo estándar de 3½.

• Para la correcta conexión con el jack hembra hay que comprobar la conductividad con el tester.

• Una vez comprobado, se suelda un hilo a cada conector del jack, se cierra con la protección y se vuelve a comprobar.

Después de realizar este último paso el resultado final de los sensores es el

siguiente:

Realización tarjeta de circuito impreso

• Después de haber realizado el sistema en una placa normal de baquelita es el momento de realizar el montaje en la forma de una tarjeta de circuito impreso o PCB (Printed Circuit Board).

• El programa que se ha utilizado es “Protel DXP”. • Para poder realizar el diseño de la placa hay que

seguir el siguiente procedimiento:1. Buscar en las librerías los diferentes componentes que

se necesitan.2. Crear el componente en caso de que no se encuentre

en las diferentes librerías.3. Colocar y conectar todos los componentes.4. Pasar del esquema al diseño en cuestión de la placa.

Realización tarjeta de circuito impreso

5. Dibujo de las pistas teniendo en cuenta el plano de masa.6. Introducir diámetros de los diferentes agujeros.7. Elegir tamaño de las pistas. 8. Imprimir el diseño en un folio Din A-4.9. Pasarlo a dos transparencias.10. Llevar la placa a insolar.El resultado teórico es el siguiente:

Una vez mecanizado tanto la placa como la caja metálica, el resultado final es el

siguiente:

3. RESULTADOS

Ámbito de utilización

• El ámbito de utilización de este sistema está ideado para la realización de proyectos de bajo presupuesto.

• Con el sistema creado, un ordenador obsoleto y un sistema operativo en este caso LINUX, se podrían realizar grandes cosas (como por ejemplo controlar la temperatura de un invernadero).

• Se pueden utilizar para pruebas de laboratorio.• Crear una pagina Web que permita visualizar

remotamente los datos obtenidos.

Ámbito de utilización

Calibración de los sensores


• Una vez el sistema está acabado y se comprueba su correcto funcionamiento llega el momento de realizar la calibración de los sensores.

• En este caso se va a calibrar los sensores resistivos de temperatura (NTCs).

• Destacar que las NTCs no tienen un comportamiento lineal sino exponencial.


• Se ha realizado por programa una linealización, para ello se va a introducir la NTC al horno, a diferentes temperaturas y se va a tomar el periodo de salida que nos va a dar el sistema en cada momento.

• Seguidamente se va a realizar una tabla con todos los datos y se va a sacar la ecuación de la recta equivalente.

Calibración de los sensoresTemperatura

ºC Tiempo

medio 0 Desviación estándar 0 +/-

Tiempo

medio 1 Desviación estándar 1

+/- 60 307.88 8.80 293.68 8.55

55.2 383.22 14.06 371.49 23.08

50.4 456.04 20.68 445.71 22.54

45 511.50 16.84 521.30 25.1

40 612.09 1.75 616.63 24.17

35.1 753.35 15.69 757.96 15.49

30.1 915.95 8.14 921.45 12.99

25.1 1104.77 1.92 1107.47 2.07

20.1 1378.78 2.90 1371.15 1.57

15.2 1699.90 4.02 1670.75 2.58

Calibración de los sensores• Una vez rellenada la tabla de valores se realizan las diferentes

graficas con eje de ordenadas lineal y logarítmico respectivamente obteniendo la ecuación de las recta para el estado 0.

Calibración de los sensores• Una vez rellenada la tabla de valores se realizan las diferentes

graficas con eje de ordenadas lineal y logarítmico respectivamente obteniendo la ecuación de las recta para el estado 1.

Aplicaciones

• Este sistema se puede utilizar para cualquier aplicación como pueden ser las siguientes:

• Compensación de dispositivos con coeficiente de temperatura positivo.

• Medida de detección de nivel de líquidos.• Medida de velocidad de fluidos.• Medida de composición de gases.• Alarmas de temperatura.• Protección de sobrecorrientes.• Medida de luz.• Detección de presencia y posición.

4. COMENTARIOS FINALES

Plan de trabajo• Estudio del modo de trabajo del temporizador

integrado NE555.• Realización del primer montaje en una placa de

baquelita con un solo integrado y un potenciómetro y seguidamente con un sensor resistivo.

• Realización de diversas pruebas con el primer montaje, tanto en lo que se refiere a componentes como con el programa en C++ para comprobar su correcto funcionamiento.

• Realización del segundo montaje en la placa anteriormente mencionada con dos integrados.

Plan de trabajo

• Realización de pruebas utilizando el cable apantallado.

• Montaje de los diferentes condensadores en el cable apantallado con sus respectivas pruebas para comprobar su correcto funcionamiento.

• Montaje de los conectores jack de 3 ½ en el cable apantallado con sus respectivas pruebas para comprobar su correcto funcionamiento.

• Montaje de los sensores resistivos (NTCs y LDRs) en el cable apantallado con sus respectivas pruebas para comprobar su correcto funcionamiento.

Plan de trabajo

• Realización del diseño de la tarjeta de circuito impreso con el programa “PROTEL DXP”.

• Mecanización de la tarjeta de circuito impreso.• Soldar los componentes y conectores en la

tarjeta de circuito impreso.• Realización de diversas pruebas con la tarjeta

de circuito impreso una vez finalizada.• Mecanización de la caja metálica para la

tarjeta de circuito impreso.• Calibración de los sensores.

Presupuesto

MATERIAL UNIDADESPRECIO p/u (€) PRECIO TOTAL (€)

Placa de baquelita 1 8.00 8.00

Temporizador integrado LM555 10 0.53 5.30

Cable fexible 1x0.75 8 0.13 1.04

Condensador poliéster C33 2 0.09 0.18



Condensador poliéster C100nF 8 0.40 3.20


Jack hembra 3 ½ mm stereo empotrado 6 0.75 4.50

Jack macho 3 ½ mm 6 0.50 3.00

Resistencia 1.2K 10 0.41 4.10

Presupuesto


Conector hembra tipo D 25 pins para puerto paralelo 3 1.50 4.50

Conector macho tipo D 25 pins para puerto paralelo 1 0.75 0.75

Cable apantallado EMELEC 2X0.25 low voltaje 6 0.50 3.00

NTCs 47K 2 0.74 1.48

LDRs 4 0.92 3.68

Conector 4 pins 4 0.25 1.00

Broca hierro 0.8mm 2 1.35 2.70

Broca hierro 1.25mm 2 1.10 2.20

Broca hierro 3mm 1 0.60 0.60

Broca hierro 4mm 1 0.53 0.53

Caja metálica 12x6x18 1 12.60 12.60

Presupuesto


Tarjeta circuito impreso 16x24 monocapa 1 14.00 14.00

Tornillería variada 1 5.45 5.45

Araldit 1 6.75 6.75

Horas de montaje 15 30.00 450.00

TOTAL 539.58€

Conclusiones• Los pins de entrada y de salida del puerto

paralelo (cuando este se encuentra en modo estándar) son suficientes para realizar proyectos de automatización de complicación media.

• Para este tipo de proyectos, los programas realizados son de baja dificultad.

• Para transformar la señal a un formato adquirible para el ordenador son muy útiles los biestables NE555. Estos integrados juegan un papel muy importante en la transformación de la señal analógica a digital, sobre todo por su bajo coste.

Conclusiones

• Hay muchísimos componentes electrónicos de muy bajo coste como los utilizados en este proyecto que constituyen sensores muy útiles.

• Los formularios y los programas “CGI_Bin” permiten observar remotamente los valores obtenidos, sin necesidad de ningún software específico por el que haya que pagar licencias.

• Las ideas que se han implementado son lo suficientes generales como para poder ser aplicadas en una gran variedad de finalidades.

Mejoras futuras

• Adaptación a otros puertos estándares del ordenador.

• Creación de nuevos sensores resistivos.

• Realización de futuras prácticas de física utilizando el sistema de adquisición de datos creado.

Mejoras futuras

• Desarrollar mucho más el apartado del control del sistema por Internet.

• Crear un programa de ordenador tipo PID, combinado con un relé conectado al puerto paralelo para poder interactuar con el sistema además de recibir datos.

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