Medidor de Longitud Óptico

Publicado: julio 28, 2010 en ELECTRONICA

Medidor de Longitud Óptico

Marcelo Ramírez

soymarcelo88@hotmail.com

Resumen: El medidor de longitud óptico es capaz de medir la longitud digitalmente de cualquier objeto  simétrico, para ello utiliza un par de sensores infrarrojos (IR). El objeto a ser medido es trasladado hacia los  sensores IR por medio de una banda transportadora. Durante el proceso de medición se activa un led de alerta y a su vez el contador digital empieza a calcular la longitud del objeto, la longitud se la representa en cm con un dígito decimal.

 

PALABRAS CLAVE: astable, infrarrojo sensores, oscilador.

I. INTRODUCCIÓN

Los sensores infrarrojos (IR) deberán estar alineados de forma que el receptor reciba directamente los rayos infrarrojos del transmisor, para que, una vez que pase un objeto entre ellos se corte la recepción del receptor y a su vez se active el oscilador monoestable, cuyo pulso será la señal para que el oscilador astable empiece a generar pulsos que serán cuantificados por medio de los contadores; posteriormente el resultado final será decodificado para ser visualizado en los display’s correspondientes, este conteo se realiza solamente cuando existe un objeto obstaculizando la recepción del IR receptor. La banda transportadora será la encargada de trasportar los objetos a ser medidos.

En el esquema del proyecto (ver imagen No.1) representamos las diferentes etapas que tuvimos que  diseñar para su correcto funcionamiento.

Imagen No.1. Esquema del medidor de longitud óptico

Estas etapas son:

-Detección de los objetos a ser medidas.

-Oscilador o contador astable.

-Contador y Visualización.

-Control del motor de la banda trasportadora.

Estas etapas fueron diseñadas, simuladas, verificadas en protoboard y por último quemadas en PCB.

II. DETECCION DE OBJETOS

En esta etapa se utiliza sensores infrarrojos (IR). Los sensores están compuestos por fotodiodos, los cuales son semiconductores construidos con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja (ver imagen No. 2). El funcionamiento de transmisor IR debe ser continuo, por lo que simplemente se polariza de manera directa con la fuente de voltaje, claro que debe estar en serie con su respectiva resistencia de protección. Para que el funcionamiento del receptor IR sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producirá una cierta circulación de corriente cuando sea excitado por la luz. En ausencia de luz exterior generan una tensión muy pequeña con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo. Esta corriente presente en ausencia de luz recibe el nombre de corriente de oscuridad.

El diseño del receptor IR puede ser  reconfigurado para reducir su tamaño y mejorar su funcionamiento.

Imagen No.2. Configuración de los sensores IR transmisor y receptor.

III. CONTADOR (OSCILADOR) ASTABLE

Este contador se encarga de generar pulsos los cuales serán cuantificados por el contador en décadas y posteriormente representados en los correspondientes display’s, el diseño de este contador se muestra en la imagen No 3. Los pulsos generados en esta etapa del proyecto tienen una relación directa con la frecuencia y velocidad de la banda transportadora, debido a que este circuito debe estar a la misma frecuencia de la que corre la banda para poder encontrar la longitud del objeto a medir mediante la fórmula (velocidad=espacio/tiempo).

El núcleo del contador astable es el muy conocido C.I. 555, el cual se activa con el pulso monoestable que recibe del receptor IR. Para configurar la frecuencia del contador astable se colocó un potenciómetro en vez de una resistencia fija, de esta manera, mediante prueba y error se estableció un punto fijo del potenciometro en donde la frecuencia del contador era igual al de la banda trasportadora.

Imagen No.3. Contador astable.

Las fórmulas para obtener los valores de las resistencias y del capacitor son las siguientes:

Debido a que T=t1+t2 y F=1/T, basta con tener el valor de la frecuencia con la que recorre la banda para calibrar el contador con respecto a la velocidad de la banda trasportadora. Debido a que nuestro contador representa la longitud medida en dos enteros y un decimal fue necesario diseñar el contador con la frecuencia de la banda multiplicada por 10.

La etapa del control de la banda trasportadora no fue necesaria, debido a que contábamos con un servomotor truncado y solamente bastó con medir su velocidad cuando estaba en funcionamiento, para medir su velocidad se utilizó la técnica de prueba y error.

IV. CONTADOR Y VISUALIZACIÓN DE LA LONGITUD

Esta es la etapa final del proyecto, esta etapa recibe los pulsos del contador astable para cuantificarlos, contarlos y visualizarlos. Este circuito (ver imagen No. 4) sólo se activa con los pulsos astables.  Esta etapa está compuesta por 3 contadores de pulsos a BCD en décadas, 3 decodificador de BCD a display de 7 segmentos y como es de esperarse 3 display’s de 7 segmentos para su correspondiente visualización.

Además, a este circuito se le instaló un pulsador de reset de los registros de los contadores para poder encerar los display’s y realizar otra nueva medición.

En la simulación en proteus se utilizó un led para representar el punto decimal del contador,  ya en el armado en el protoboard y en el diseño de la baquelita, se utilizó el led del mismo display.

Imagen No.4. Contador astable.

Una vez diseñadas todas las etapas del proyecto, se conectaron entre sí y se pusieron a prueba tanto en simulación utilizando el software PROTEUS (ver imagen No.5) como en protoboard.

Imagen No.5. Simulación del proyecto en Proteus.

Para comprobar el funcionamiento de los sensores IR se necesitó 2 protoboard, debido a que se necesitaba al transmisor alineado horizontalmente con el receptor (ver imagen No.6), de tal manera que en el instante en que se interrumpa la transmisión de rayos infrarrojos hacia el receptor este emita una señal de disparo que activaría los contadores, se coloco un led de prueba para verificar esta señal.

Imagen No.6. Sensores IR en protoboard

Luego de verificar el funcionamiento de los sensores IR, se los conectaron con el contador para comprobar que todo el proyecto esté funcionando de manera correcta (ver imagen No. 7).

Imagen No.7. Sensores IR en protoboard

V. DISEÑO EN PCB

Para el diseño en PCB se utilizó el software ARES, este programa nos facilitó enormemente la tarea del ruteado de las pistas; además este programa posee una útil función que es la de representar en 3D el acabado final del circuito.

El diseño de la PCB del transmisor (Tx) y receptor (Rx) se encuentra en la imagen No. 8.

Imagen No.8. Diseño para PCB del transmisor y receptor IR.

Después de diseñar los PCB`s de los sensores procedimos a quemarlos en baquelita (ver imagen No.9).

Imagen No.9. Transmisor y receptor IR en baquelita.

Para el diseño de las PCB`s de los demás circuitos se procedió de manera similar (ver imagen No. 10).

Imagen No.10. Diseño para PCB del contador y visualizador de la longitud.

VI. PROYECTO FINALIZADO Y PUESTO EN FUNCIONAMIENTO

El proyecto se lo finalizó con éxito (ver imagen No. 11), para comprobar su funcionamiento se utilizó bloques de madera medidos previamente, nuestro medidor óptico obtuvo las mismas medidas aproximadas de los bloques (ver imagen No. 12).

Imagen No.11. Proyecto finalizado.

Imagen No.12. Proyecto finalizado funcionando.

VII. CONCLUSIONES

 

Debido a que los sensores IR deben estar alineados horizontalmente es necesario conocer la distancia máxima y mínima a la cual trabajan, porque de no saber estos parámetros en probable que no se logre calibrarlos y más encontrar distancia ideal de separación de los mismos.

Faltaría evaluar el diseño del receptor IR para una posible optimización, debido a que su diseño es experimental y no un estándar de configuración para que este fotodiodo trabaje como receptor infrarrojo.

NOTA: Se aceptan sugerencias para mejorar el proyecto

REFERENCIAS

SISTEMAS DIGITALES, Ronald J Tocci, Edit. Prentice Hall

comentarios
  1. jossy dice:

    me gustaria poder ver el simulado en proteus con mejor claridad… el proyecto se ve muy bueno y quisiera implementarlo en un proyecto.. porfa podrias pasarme el simulado en isis

  2. Saludos me gustaria saber si me puedes enviar los diagramas, por que estoy interesado en este proyecto, y tambien me gustaria hacerle unas modificaciones, a mi me gustaria implementarlo en un carro para utilizarlo como parquimetro.

    Mi correo es marlon_nova1@hotmail.com

  3. Isiel Nova dice:

    necesito hacer unas preguntas, quien me ayuda a a resolver mis inquitantes

  4. Antonio dice:

    ingenioso me gusto mucho! Donde lo conseguiste?

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