Sensores inteligentes y sus aplicaciones Guía del Estudiante

338 Pages·2010·3.79 MB·Spanish

by  Parallax Inc.

Sensores inteligentes y sus
aplicaciones
Guía del Estudiante

VERSION 1.0
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días a partir de la recepción de los mismos. Si usted descubre un defecto, Parallax según corresponda, reparará,
reemplazará o regresará el valor de la compra. Antes de regresar el producto a Parallax, simplemente pida un número
de autorización de regreso de mercancía (Return Merchandise Authorization, “RMA”), escriba el número en el
exterior de la caja y envíela a Parallax. Por favor incluya su nombre, número telefónico, dirección y una descripción
del problema. Parallax le regresará su producto o el reemplazo, usando el mismo método de correo que usted usó para
enviar el producto a Parallax.

GARANTÍA DE 14 DÍAS DE REGRESO DEL DINERO

Si dentro de los 14 días en que usted recibió su producto, encuentra que no es conveniente para sus necesidades,
puede regresarlo, recibiendo un reembolso. Parallax regresará el precio de compra del producto, excluyendo los
gastos de envío y manejo. Esto no se aplica si el producto ha sido alterado o dañado. Consulte la sección de Garantía
arriba acerca de las instrucciones para regresar un producto a Parallax.

DERECHOS DE COPIA Y MARCAS REGISTRADAS

Este documento tiene derechos de copia Copyright 2006 por Parallax, Inc. Al descargar este documento o software
por Internet o al obtener una copia dura usted acepta los derechos de copia y se compromete a usar este material
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conjunto con los productos Parallax y el estudiante abone solo el costo de la duplicación.

Este texto está disponible en formato impreso por Parallax Inc. Dado el tiraje de la impresión del mismo, el precio al
consumidor es frecuentemente menor que los costos típicos por duplicación.

BASIC Stamp, Stamps en Class, Board of Education, Boe-Bot SumoBot, SX-Key y Toddler son marcas registradas
de Parallax, Inc. Si usted decide usar cualquiera o cualesquiera de las marcas registradas de Parallax Inc. en sus
páginas de Internet o en cualquier material impreso, forzosamente deberá agregar la aclaración: “(la marca en
cuestión) es una marca registrada de Parallax, Inc.” Otros nombres de productos y marcas son marcas registradas de
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datos guardados o usados dentro de los productos Parallax. Parallax tampoco es responsable de cualquier daño
personal, incluyendo vida o muerte, resultado del uso de cualquiera de nuestros productos. Usted tiene absoluta
responsabilidad por la aplicación que desarrolle con el BASIC Stamp, sin importar la naturaleza del riesgo de la
misma.

SEGUNDA IMPRESION
SITIOS WEB Y LISTAS DE DISCUSIÓN
Mantenemos foros de discusión activa basados en la red mundial dirigidos a personas interesadas en los productos
Parallax. Estos foros o listas de discusión son accesibles desde www.parallax.com:

• Propeller chip – Esta lista es específicamente para clientes que usan los circuitos y productos
Propeller.
• BASIC Stamp – esta lista es extensamente utilizada por Ingenieros, aficionados y estudiantes,
quienes comparten sus proyectos y preguntas acerca del BASIC Stamp.
• Stamps en Class® – Creada para educadores y estudiantes, los suscriptores de esta lista discuten el
uso del material de Stamps en Class en sus cursos. La lista prove la oportunidad tanto a estudiantes
como a educadores de hacer preguntas y obtener respuestas.
• Parallax Educators – Es un foro exclusivo para educadores y aquellos que contribuyen al desarrollo
de Stamps en Class. Parallax creo este grupo con el fin de obtener retroalimentación en el desarrollo
de nuestro currículum y proveer un sitio para que los educadores desarrollen y obtengan Guías para
Profesores.
• Robotics – Diseñado para los robots Parallax, este foro fue creado para ser un diálogo abierto entre
entusiastas de la robótica. Los temas incluyen el ensamble, código fuente, expansiones y
actualizaciones de manuales. Los robots Boe-Bot®, Toddler®, SumoBot®, HexCrawler y
QuadCrawler son ampliamente discutidos aquí.
• SX Microcontrollers y SX-Key – Discusión de la programación del microcontrolador SX con
herramientas del lenguaje ensamblador Parallax SX – Key® y compiladores de terceros en lenguajes
BASIC y C.
• Javelin Stamp – Discusión de aplicaciones y diseños usando Javelin Stamp, un modulo Parallax que
es programado utilizando un subconjunto de comandos del lenguaje de programación Java® de Sun
Microsystems.

ERRATA

Si bien se realiza un gran esfuerzo para asegurar la precisión de nuestros textos, aún puede haber errores.
Continuamente nos esforzamos para mejorar todos nuestros materiales educativos y documentos y frecuentemente
revisamos nuestros textos. Ocasionalmente se publica en nuestro sitio www.parallax.com una hoja de fe de errata con
una lista de los errores y correcciones conocidos para un texto determinado. Por favor, revise las páginas individuales
de los productos para obtener una descarga gratuita de este archivo de fe de errata.

Tabla de Contenido · Página i
Tabla de Contenido

Prefacio.......................................................................................................................iii
Introducción y notas del autor........................................................................................iii
Idea general....................................................................................................................v
Antes de comenzar.........................................................................................................v
La serie educativa Stamps en class..............................................................................vi
Traducciones................................................................................................................vii
Colaboradores especiales............................................................................................vii
Capítulo 1: La Pantalla LCD Serial Parallax.............................................................1
LCDs en Productos.........................................................................................................2
El LCD serial Parallax - Su terminal portátil de depuración............................................2
Actividad #1: Conexión y prueba de la pantalla LCD.....................................................4
Actividad #2: Despliege de mensajes simples................................................................8
Actividad #3: Aplicacion en un timer.............................................................................17
Actividad #4: Caracteres personalizados y animación en LCD....................................19
Actividad #5: Avance de texto traves de la pentalla.....................................................25
Resumen......................................................................................................................34
Capítulo 2: El Sensor Ultrasónico de Distancia Ping)))........................................41
¿Cómo trabaja el Sensor Ping)))?................................................................................41
Actividad #1: Medición del tiempo de eco....................................................................42
Actividad #2: Mediciones de CentÍmetroS....................................................................46
Actividad #3: Medición de pulgadas.............................................................................49
Actividad #4: Mediciones en movimiento......................................................................51
Actividad #5: El efecto de la temperatura en la velocidad del sonido...........................58
Resumen......................................................................................................................61
Capítulo 3: El Acelerómetro MEMS de dos ejes....................................................65
EL Acelerómetro MX2125 – como funciona.................................................................67
Actividad #1: Conexión y prueba de pendiente con el MX2125...................................68
Actividad #2: Mediciones en movimiento......................................................................71
Actividad #3: División proporcional y compensación de los valores de entrada..........76
Actividad #4: Dividiendo en 1/100 g.............................................................................83
Actividad #5: Medición de Rotación Vertical de 360°...................................................85
Actividad #6: Medición de la inclinación respecto a la Horizontal................................98
Resumen....................................................................................................................112
Capítulo 4: El Módulo de brújula Hitachi HM55B................................................119
Interpretación de las mediciones de la brújula...........................................................119
Actividad #1: Conexion y prueba del módulo de brújula.............................................120
Actividad #2: Calibración del módulo de brújula.........................................................128
Página ii · Sensores inteligentes y sus aplicaciones
Actividad #3: Probando la Calibración........................................................................138
Actividad #4: Mejora de las mediciones de la brújula a través del promedio.............143
Actividad #5: Mediciones en movimiento...................................................................148
Resumen....................................................................................................................159
Capítulo 5: Fundamentos de juegos con el Acelerómetro................................167
Actividad #1: Desplegado de caracters gráficos PBASIC..........................................168
Actividad #2: Guardado y refrescado de fondo con la EEPROM...............................179
Actividad #3: Inclinando la gráfica de burbuja............................................................188
Actividad #4: Control de juego....................................................................................196
Resumen....................................................................................................................205
Capítulo 6: Más Proyectos con el Acelerómetro................................................211
Actividad #1: Medición de altura de eficios, árboles, Etc...........................................211
Actividad #2: Grabación y reproducción.....................................................................213
Actividad #3: Uso de la EEPROM para cambio de modos.........................................219
Actividad #4: Registro Remoto de la Aceleración......................................................223
Actividad #5: Estudio de la aceleración en un auto de radio control..........................230
Actividad #6: Estudio de la aceleración en un truco con patineta..............................240
Actividad #7: Distancia de recorrido de una bicicleta.................................................247
Resumen....................................................................................................................255
Capítulo 7: Graficos de Barra en LCD para Distancias e inclinaciones...........261
Actividad #1: Intercambio de caracteres personalizados...........................................261
Actividad #2: Graficos de Barras Horizontales para Distancia con Ping)))................271
Actividad #3: Grafica de Barra de dos ejes para inclinación del Acelerómetro..........281
Resumen....................................................................................................................294
Apéndice A: Tabla de caracteres ASCII...............................................................303
Apéndice B: Documentación de la pantalla LCD Serial Parallax......................305
Apéndice C: Definiciones de Caracteres Hexadecimales..................................317
Apéndice D: Listado de Partes.............................................................................321
Índice.......................................................................................................................323
Prefacio · Página iii

Prefacio
INTRODUCCIÓN Y NOTAS DEL AUTOR
La primera vez que ví el término “sensor inteligente” fue en el texto Sensores Aplicados
de Tracy Allen (entonces conocido como Mediciones Ambientales). De manera adecuada,
Tracy aplicó este término al termómetro digital DS1620, el cual tiene elementos
electrónicos interconstruídos que simplifican las mediciones de temperatura del
microcontrolador. Adicionalmente, podía recordar la configuración1 que recibía del
microcontrolador y, más aún, funcionar independientemente como un controlador de
termostato.

En contraste con los sensores inteligentes, los sensores primitivos son dispositivos o
materiales que tienen alguna propiedad eléctrica que cambia con algún fenómeno físico.
Un ejemplo de un sensor primitivo en ¿Qué es un Microcontrolador? es la
fotorresistencia de sulfato de cadmio. Su resistencia cambia con la intensidad de la luz.
Con el programa y el circuito adecuados, es posible realizar mediciones de luz con un
microcontrolador. Otros ejemplos de sensores primitivos comunes son los sensores de
temperatura con salida de corriente/tensión, transductores de micrófonos y aún el
potenciómetro, que es un sensor de posición rotacional.

Dentro de cada sensor inteligente radica uno o más sensores primitivos y la circuitería de
soporte. Lo que hace a un sensor inteligente “inteligente” es la electrónica interconstruída
adicional. Esta electrónica hace que estos sensores sean capaces de hacer una o más de
las siguientes funciones:

• Pre-procesar los valores medidos en cantidades que posean algún significado.
• Comunicar las medidas con señales digitales y protocolos de comunicación.
• Orquestar las acciones de los sensores primitivos y sus circuitos para “tomar”
mediciones.
• Tomar decisiones e iniciar alguna acción en base a las condiciones sensadas, de
manera independiente al microcontrolador.
• Recordar la calibración o la configuración de sus parámetros.

Durante mi primer encuentro con un sensor inteligente pensé: “¡Vaya! ¡Un kit completo
de estos sensores con un libro podría ser REALMENTE interesante! En verdad espero

1 En ingles, setting (N. del T)
Página iv · Sensores inteligentes y sus aplicaciones
que alguien haga un kit y un libro así pronto…” No tenía idea que “pronto” terminaría
siendo casi seis años después, y que “alguien” terminaría siendo yo. Y si alguno de mis
jefes me hubiera dicho entonces que ese kit contendría un acelerómetro, un medidor de
distancias ultrasónico, una brújula digital y una pantalla o visor LCD2 serial para
mediciones en movimiento, quizá la impresión me hubiera deshecho por completo.
Puesto que solo recientemente fue posible para nosotros conjuntar un grupo de
componentes tan sorprendente en un solo kit, debería decir que la espera valió la pena.

En concordancia con el resto de los tutoriales Stamps en Class, este libro es una colección
de actividades, algunas de las cuales cubren aspectos básicos, algunas otras cubren otros
aspectos más avanzados, y otras demuestran aplicaciones o arman bloques para varios
productos e inventos. La primera mitad del libro presenta al sensor junto con algunas
mediciones en movimiento desplegadas en una pantalla LCD. Luego, la segunda mitad
del libro tiene una cantidad considerable de aplicaciones para que usted las intente, tales
como juegos de video por inclinación, herramientas de medición personalizadas y
dispositivos de diagnóstico para entusiastas del deporte y del bricolaje. El límite de
páginas para este libro delimitado por nuestro empaque es 350 y fue difícil detenerme
allí. Se pueden encontrar actividades adicionales de sensores inteligentes para el robot
Boe-Bot en el foro de Stamps en Class en www.parallax.com.

Si bien este libro cubre los fundamentos y demuestra algunas aplicaciones como
ejemplos, solamente rasga la superficie de lo que usted puede hacer con estos
dispositivos. El propósito principal de este libro es proveer algunos bloques de
construcción e ideas para proyectos e inventos futuros. Por ejemplo, después de
completar el capítulo 3, nuestro revisor del libro Kris Magri puso su tarjeta de
entrenamiento “Board of Education” con el acelerómetro y la LCD sobre el tablero de su
auto, y ahora su auto tiene un medidor de aceleración en planos a un lado de su
velocímetro. Con algunas modificaciones al código, se pudo haber cambiado por un
sistema de alerta de volcadura en autos de doble tracción. Después de revisar el
dispositivo mecánico de vigilancia para predecir condiciones de avalancha en áreas
montañosas basado en la inclinación de la ladera, Ken Gracey desarrolló en una noche la
versión digital con las mismas partes que tenía Kris en su auto.

El acelerímetro en el tablero del auto y el medidor de riesgo de avalancha son dos
ejemplos únicos de las muchas aplicaciones, proyectos e inventos que pueden ser
inspirados por el kit de sensores inteligentes y su texto. Nos gustaría ver lo que usted

2 Visor o pantalla de cristal líquido; de sus siglas en inglés, Liquid Cristal Display (N. del T.)
Prefacio · Página v

puede hacer con su kit en el foro de Stamps en Class. No importa si piensa que su
proyecto esta en onda, es único, poco original o lo que sea. Solo tome unos minutos para
publicar las cosas que ha hecho con estos sensores inteligentes en
http://forums.parallax.com/forums/ → Stamps en Class. Asegúrese de incluir algunas
fotos, una descripción breve y preferentemente un esquema y el programa PBASIC.

Entonces, diviértase con este kit y este libro y nosotros veremos sus inventos en el foro
de Stamps en Class.
IDEA GENERAL
El kit de sensores inteligentes contiene cuatro dispositivos que, cuando se usan con
BASIC Stamp y la Tarjeta Board of Education o la tarjeta HomeWork Board, pueden ser
bloques de construcción para una variedad de inventos y proyectos de estudiantes. He
aquí una lista de los dispositivos:

• Pantalla LCD Serial Parallax 2x16
• Buscador de rangos ultrasónico Ping)))
• Acelerómetro de 2 ejes 2125
• Módulo de Brújula Hitachi HM55B

Además de proveer tanto el equipo como la información de cómo se usa este para
proyectos estudiantiles, este texto hace 2 énfasis mayores que proveen teoría, ejemplos y
los cálculos requeridos, lo cual puede ser usado para reforzar una variedad de conceptos
de medición, de física/ingeniería y de trigonometría. Estos énfasis son:

• Técnicas matemáticas para escalar los valores de sensores primarios hasta
mediciones con significado propio dado que son expresadas en sistemas de
unidades comunes.
• Interpretación de la proyección de los vectores de campos magnéticos y de
gravedad sobre ejes cartesianos.
ANTES DE COMENZAR
Para ejecutar los experimentos en este texto, necesitará tener su tarjeta Board of
Education o bien HomeWork Board conectada a su computadora, el software Editor de
BASIC Stamp instalado en su computadora y haber verificado que hay comunicación
enre su computadora y su BASIC Stamp. Para instrucciones detalladas a este respecto,
consulte ¿Qué es un Microcontrolador?, disponible como descarga gratuita en
Página vi · Sensores inteligentes y sus aplicaciones
www.parallax.com. También necesitará las partes contenidas en el kit de partes de
Sensores Inteligentes. Consulte el apéndice D para una lista completa del sistema,
software y requerimientos de hardware.
LA SERIE EDUCATIVA STAMPS EN CLASS
La serie Stamps en Class de textos y kits provee recursos económicamente alcanzables
para la educación en electrónica e ingeniería. Todos los libros listados están disponibles
para descarga gratuita en www.parallax.com. Las versiones citadas a continuación se
encontraban disponibles en el momento de este tiraje. Por favor, revise nuestros sitios
web www.parallax.com o www.stampinclass.com para las últimas revisiones;
continuamente nos esforzamos para mejorar nuestro programa educativo.
Guías del Estudiante Stamps en Class:
¿Qué es un Microcrontolador? es el nivel recomendado de entrada a la serie educativa
Stamps en Class. En vez de ello, algunos estudiantes empiezan con Robótica con el Boe-
Bot, también diseñado para principiantes.

“¿Qué es un Microcontrolador?”, Guía del Estudiante, Version 2.2, Parallax
Inc., 2004
“Robotica con el Boe-Bot”, Guía del Estudiante, Version 2.2, Parallax Inc., 2004

Podrá entonces continuar con otros tópicos de proyectos educativos, o quizá prefiera
explorer nuestros kits Robóticos.
Kits de Proyectos Educativos:
Los siguientes textos y kits proven una variedad de actividades que son útiles para
aficionados al bricolaje, inventores y diseñadores de productos interesados en intentar un
amplio espectro de proyectos:

“Sensores inteligentes y sus aplicaciones”, Guía del Estudiante, Version 1.0,
Parallax Inc., 2006
“Control de Procesos”, Guía del Estudiante, Version 1.0, Parallax Inc., 2006
“Sensores Aplicados”, Guía del Estudiante, Version 1.3, Parallax Inc., 2003
“Basicos Analógicos y Digitales”, Guía del Estudiante, Version 1.3, Parallax Inc.,
2004
“Entendiendo las señales”, Guía del Estudiante, Version 1.0, Parallax Inc., 2003