¡Descarga Analisis descriptivo del sensor cny70 y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Medición Electrónica e Instrumentación solo en Docsity!
Yang Steven Valbuena Ceballos
Estudiante de Ingeniería Mecatrónica Institución Universitaria EAM Armenia, Colombia yang.valbuena.1579@eam.edu.co
Sergio Alberto Diaz Barragan
Estudiante de Ingeniería Mecatrónica Institución Universitaria EAM Armenia, Colombia sergio.diaz.1395@eam.edu.co
Jhon Edison Lopez Rengifo
Estudiante de Ingeniería Mecatrónica Institución Universitaria EAM Armenia, Colombia jhon.lopez.6114@eam.edu.co
Aplicaciones de un CNY
Resumen — En el estudio realizado al CNY70 se analizó su comportamiento, exponiendo el sensor a diversas distancias, recolectando medidas de voltaje, seguidamente de haber realizado la caracterización del CNY70, se procedió a establecer el rango de trabajo más óptimo para el control de las conmutaciones de una compuerta inversora Schmitt Trigger. Luego se propuso implementar el circuito en una aplicación real, el incremento de un contador digital de dos dígitos. De lo anterior se obtuvo un comportamiento lineal por parte sensor óptico, teniendo desfases significativos en la caracterización general del sensor que fueron desestimados al establecer el rango de trabajo, quedando de esta manera con mínimas discrepancias. Palabras clave — Aplicación de un CNY70, Caracterización de un CNY70, Acondicionamiento de un CNY70. I. OBJETIVOS Analizar el comportamiento de un CNY70. Analizar un circuito de acondicionamiento para un CNY70. Implementar una aplicación real, utilizando un CNY70 y un circuito de acondicionamiento. Desarrollar este circuito en simulación virtual, por medio del software Proteus y de esta forma realizar los análisis expresados anteriormente. II.INTRODUCCIÓN El CNY70 (Fig.1) es un sensor óptico reflexivo que tiene una construcción compacta dónde el emisor de luz y el receptor se colocan en la misma dirección para detectar la presencia de un objeto utilizando la reflexión del infrarrojo sobre el objeto. La longitud de onda de trabajo es 950nm. Fig. 1. Sensor CNY El CNY70 funciona como un detector de distancia. Para esto, requiere de una superficie que pueda reflejar la luz infrarroja. Entonces el detector recibe esta luz en la base del foto-transistor. Si la corriente en la base es suficiente, permite el paso de corriente entre el colector y el emisor. El CNY funciona como un switch que se abre o cierra si existe una superficie que refleje la señal que emite el diodo infrarrojo. En la Fig.2 se puede observar la simbología del CNY70. Fig. 2. Simbología Sensor CNY En el CNY70 la distancia máxima, la determina la corriente que le llega a la base del transistor. La distancia va desde 0mm hasta 10mm. La corriente de la base depende de la corriente que se le suministre al diodo emisor. Por ejemplo, para tener la máxima distancia de detección posible, se requiere que al led
se le proporcione una corriente de 20mA. [1] III. PROCEDIMIENTO Y DATOS EXPERIMENTALES Para iniciar el estudio del CNY70 es necesario realizar la caracterización que consta de determinar las cualidades electrónicas del sensor, como también de la magnitud que permite las variaciones en el sensor, siendo estas la distancia, y el voltaje. Para evaluar las características anteriormente expuestas es necesario una fuente de alimentación de 5V, una resistencia fija de 200 en el cátodo del led infrarrojo del sensor como también un potenciómetro de 47k para la calibración de la señal de salida del sensor como se ve en la Fig.3. d (mm)
K C A E Q CNY 85 % RV 47k 1 2 U1:A 40106 V 5V R 220
+88. Volts Fig. 3. Circuito de calibración del CNY TABLA I DATOS DE CALIBRACIÓN DEL CNY
Calibración CNY
Distancia
(mm)
Voltaje
(V)
Resistencia
Potenciómetro
(KOhm)
Porcentaje
Potenciómetro
En la Tabla I podemos observar que a 1,9mm se obtienen 7,05Kohms en el potenciómetro a razón de un porcentaje de 85 y un voltaje a la salida del sensor de 3,2V. La calibración del sensor quedo determinada entre 1,9mm y 5,9mm y con el potenciómetro según la Fig.3. Ya que de esta manera se podían observar cambios de voltaje por más mínimo que fuese el cambio en la magnitud (distancia). Posteriormente de haber calibrado el CNY70 se procede a realizar la caracterización del sensor, tomando lecturas del voltaje de salida del sensor cada 0,5mm desde 0mm hasta 10mm. TABLA II TOMA DE DATOS EN SUBIDA Y BAJADA PARA DISTANCIA/VOLTAJE
Caracterización CNY
Toma de subida Toma de bajada
Distancia
(mm)
Voltaje (V)
Distancia
(mm)
Voltaje (V)
En la caracterización del CNY70 solo fue necesario tomar una vez los datos de voltaje ya que el software emite los mismos valores las veces que se tomen (Tabla II). A pesar de eso se decidió tomar valores en bajada para identificar si el sensor del software presentaba histéresis.
En la Fig.3 se puede observar que a la salida del colector del CNY70 se encuentra una compuerta inversora Schmitt Trigger 40106, a diferencia de las compuertas inversoras convencionales estas compuertas Schmitt Trigger tienen dos umbrales de conmutación. Esto hace que puedan reconocer señales análogas y llevarlas a estados lógicos definidos. Fig. 8. Comportamiento voltajes Schmitt Trigger/inversora común En la Fig.8. “u” es la señal análoga de entrada de la compuerta, “a” muestra la salida de una compuerta inversora convencional con solo un umbral de conmutación (línea roja en “u”) por lo que solo tiene como salida un 1 cuando supera el umbral y un 0 cuando está por debajo del umbral lo que puede provocar ruidos y desfases en la señal de salida de la compuerta, y en “b” la Schmitt Trigger muestra a las salida los dos umbrales ya expuestos anteriormente lo que permite tener un 1 a la salida de la compuerta solo cuando supera el umbral superior, de la misma manera tener un 0 a la salida solo cuando la entrada es menor que el umbral inferior, esta compuerta cuenta con un umbral indeterminado (la región entre las líneas verdes en “a”) el cual tendrá el valor del ultimo umbral al cual supero.[2] TABLA IV DATOS DE CONMUTACIÓN SCHMITT TRIGGER
Conmutación Schmitt Trigger
Distancia de
conmutació
n de estado
a 0 (mm)
Distancia de
conmutació
n de estado
a 1 (mm)
Voltaje
conmutació
n de estado
a 0 (V)
Voltaje
conmutación
de estado a 1
(V)
En la Tabla IV se puede observar los datos de los umbrales de conmutación del integrado 40106 teniendo como entrada el CNY70. Los datos indican que para que la Schmitt Trigger conmute a uno, el CNY70 tiene que estar a 5,9mm de la superficie reflectante además de tener un voltaje de salida de 1,49V y para la conmutación a cero, el sensor óptico tiene que tener 3,2V de salida además de estar a 1,9mm de la superficie reflectante. Fig. 9. Contador digital de un digito Como circuito de aplicación se propuso un contador digital como el de la Fig.9 conformado principalmente por contadores CMOS 4026, estos contadores cuentan con la particularidad de disponer de una salida decodificada de 7 bytes por lo que con ellos se puede manejar un Display 7 segmentos. Adicionalmente se propuso adicionar un segundo digito al contador, pudiéndose llevar a cabo gracias a que el terminal 5 del CMOS 4026 que se dispone para el acarreo o salida para un segundo contador. Fig.10. Contador de dos dígitos en proteus La Fig.10 muestra los contadores ya implementados en CLOCK(1) CLK 1 INH 2 DEI 3 MR 15 A 10 B 12 C 13 D 9 E 11 F 6 G 7 CO 5 DEO 4 UCS 14 4026 U CLK 1 INH 2 DEI 3 MR 15 A 10 B 12 C 13 D 9 E 11 F 6 G 7 CO 5 DEO 4 UCS 14 4026 U BUTTON RESET 1k R BUTTON CLOCK 5V V
proteus, estos cuentan con una señal de reloj a la entrada para probar su funcionamiento posteriormente se acoplaran el circuito de acondicionamiento con los contadores y se reemplazara la señal de reloj por la salida de la compuerta 40106 (Fig.11), de esta manera el contador aumentara en uno cada vez que el CNY70 se encuentre a 5,9mm de la superficie reflectante (Tabla IV). Fig.11. Circuito de aplicación con CNY Finalmente a pesar de los pequeños desfases presentados en el voltaje se comprobó que el circuito de aplicación en Proteus (Fig.11) funcionara de una manera adecuada aumentando el contador siempre que el CNY70 se encuentre a 5,9mm de la superficie reflectante. IV. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS Para dar comienzo a la experiencia del estudio del comportamiento del CNY70 y su aplicación por medio del circuito contador, previamente se hace esencial realizar la calibración de este sensor puesto que este presenta un principio de funcionamiento activo, lo cual significa que generan señales representativas de las magnitudes a medir por medio de una fuente auxiliar. Para la calibración de este sensor se utilizó un potenciómetro de 47kΩ y una compuerta lógica negadora Schmitt Trigger, como se puede observar en la figura 3. Como se sabe el CNY70 es un sensor que entrega una salida analógica directamente proporcional a la distancia de detección, debido a que cuando la superficie de reflexión se encuentra cerca genera la máxima corriente en la base del transistor por lo que este permite la circulación completa de la señal de voltaje y por el contrario a medida que se va alejando la superficie de reflexión, la corriente en la base del transistor disminuye, por lo que el paso de voltaje se ve reducido hasta que la distancia supera los 10 mm donde el transistor entra en corte y no hay circulación de voltaje. Cuando se procedió a realizar la calibración con los elementos nombrados anteriormente, la cual es fundamental llevarla a cabo puesto a que la señal de salida del sensor, es la activación del contador digital que por medio de displays 7 segmentos, muestra la cantidad de veces que se acciona el sensor; sin embargo, como se explicó previamente la salida que genera el CNY70 es análoga, por lo cual se hace esencial utilizar una compuerta negadora Schmitt Trigger. Las compuertas Schmitt Trigger son dispositivos que se utilizan para convertir señales imperfectas, lentas o con ruido en señales digitales bien definidas, rápidas y sin ruido. Realizan las mismas funciones lógicas de las compuertas comunes, pero poseen ciertas características distintivas especiales [2]. Como lo expresa Ingeniería Mecafenix, estas compuertas lógicas son esenciales a la hora de transformar señales, por ejemplo, en nuestro caso una salida del sensor en forma análoga que puede tomar diferentes valores, se logra convertir en una señal digital obteniendo un 0 o 1, si supera los límites en que cambia de estado. Continúa diciendo Ingeniería Mecafenix, Las compuertas operan como compuertas comunes, pero se caracterizan por poseer una propiedad llamada histéresis que las hace inmunes al ruido y les permite trabajar con señales digitales no ideales. Una compuerta Schmitt-trigger entrega siempre una onda cuadrada a la salida, sin importar la forma de onda de la señal de entrada. La característica de histéresis significa que los dispositivos Schmitt-trigger solo responden cuando los voltajes aplicados a sus entradas superan unos valores límites preestablecidos, llamados umbrales [2]. Para poder determinar el intervalo en el cual el sensor presenta un mejor comportamiento, más trabajable donde se observe una tendencia lineal, fue necesario realizar la caracterización en todo el rango de detección posible que tiene, por lo que se obtuvieron los resultados que se pueden ver en la tabla 2, estos datos de subida y bajada respectivamente disponen de sus graficas en la figura 4 y 5. Al examinar detalladamente estas gráficas, se extrae que en los valores que hay una distancia muy pequeña, mas precisamente entre 0 y 1 mm, se observa una curvatura a causa de que hay cambios muy pequeños en el valor de voltaje, esto se debe que al haber tan poca reflexión en estas distancias la base del 1.3^ d (mm) C A K E CNY70 Q 47k^85 % RV (^3) 4 40106 U1:B 5V V Volts^ +88.8^220 R CLK 1 INH 2 DEI 3 MR 15 A 10 B 12 C 13 D 9 E 11 F 6 G 7 CO 5 DEO 4 UCS 14 4026 U CLK 1 INH 2 DEI 3 MR 15 A 10 B 12 C 13 D 9 E 11 F 6 G 7 CO 5 DEO 4 UCS 14 4026 U 220 R9 220 R8 220 R7 220 R6 220 R5 220 R4 220 R BUTTON BTN 1k R 1k R 220 R18 220 R17 220 R16 220 R15 220 R14 220 R13 220 R
