UNIVERCIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica, Mecánica Eléctrica y Mecatrónica Conversión Analógico Digital DOCENTE: Ing. Sergio Mestas Ramos. ALUMNOS: Garcia Huanca Omar OBJETIVO Aprender a manejar las entradas y salidas analógicas (módulo ADC). Conectar sensores analógicos a la placa Arduino. Reconocer y manejar correctamente las salidas PWM. mplear comunicación serial para mostrar los valores (monitor serial). MARCO TEORICO: 2.1 CONVERSION ANALOGICA A DIGITAL La Conversión Analógica-Digital (Conversión A/D o ADC -Analog-Digital Coversion-) consiste en la transcripción de señales analógicas a digitales, con el propósito de facilitar su procesamiento. Para ello se realizan medidas de la amplitud de la señal y se redondean sus valores a un conjunto finito de niveles preestablecidos –niveles de cuantificación-, para poder registrarlos. El microcontrolador ESP32 puede leer la tensión y realizar la conversión ADC en los pines 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 y 39. La clase ADC de la librería machine –machine.ADC()– proporciona la interfaz para la conversión. Dispone de 4 métodos (funciones): ▪ ADC.read(): Lee el voltaje (tensión). ▪ ADC.read_u16(): Lee el voltaje, con una precisión de 16 bits. ▪ ADC.atten(): Permite atenuar el voltaje a leer, para incrementar el intervalo de 0V–1V para el que está preparado el ESP32. ▪ ADC.width: Permite regular la precisión de lectura de ADC.read(). Método ADC.atten() El método ADC.atten(atenuación) permite atenuar del voltaje a leer, conforme a unos valores establecidos, para incrementar el voltaje máximo de lectura. Se debe tener en cuenta que conforme se incrementa la atenuación se reduce precisión de lectura. Los posibles valores de atenuación son: ▪ ADC.ATTN_0DB: 0 dB de atenuación. Permite un rango de lectura entre 0.0 V y 1.0 V -es la configuración por defecto-. ▪ ADC.ATTN_2_5DB: 2.5 dB de atenuación. Permite un rango de lectura entre 0.0 V y 1.34 V. ▪ ADC.ATTN_6DB: 6 dB de atenuación. Permite un rango de lectura entre 0.0 V y 2.0 V. ▪ ADC.ATTN_11DB: 11 dB de atenuación. Permite un rango de lectura entre 0.0 V y 3.6 V. Por ejemplo, para modificar la atenuación a 6 dB escribiremos: adc34.atten(machine.ADC.ATTN_6DB) #6 dB de atenuación. Lectura entre 0.0V y 2.0V. Método ADC.width() El método ADC.width(ancho) permite establecer el número de bits que se utilizarán y devolverán durante las lecturas de ADC. Las posibles valores de ancho son: ▪ ADC.WIDTH_9BIT: 9 bits. 29=512 ⇒ valores entre 0 y 511. ▪ ADC.WIDTH_10BIT: 10 bits. 210=1.024 ⇒ valores entre 0 y 1023. ▪ ADC.WIDTH_11BIT: 11 bits. 211=2.048 ⇒ valores entre 0 y 2047. ▪ ADC.WIDTH_12BIT: 12 bits. 212=4.096 ⇒ valores entre 0 y 4095 -es la configuración por defecto-. 2.2 SENSOR LM35 Por ejemplo, para modificar la precisión de lectura a 9 bits escribiremos: adc34.width(machine.ADC.WIDTH_9BIT) # Lectura con precisión de 9 bits El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1 ºC. Su rango de medición abarca desde -55 °C hasta 150 °C. La salida es lineal y tiene una variación de 10mV por cada grado Celsius. Sus características más relevantes son: • Está calibrado directamente en grados Celsius. • La tensión de salida es proporcional a la temperatura. • Tiene una precisión garantizada de 0.5 °C a 25 °C. • Baja impedancia de salida. • Baja corriente de alimentación (60 μA). • Bajo coste. El LM35 no requiere de circuitos adicionales para calibrarlo externamente. La baja impedancia de salida, su salida lineal y su precisa calibración hace posible que este integrado sea instalado fácilmente en un circuito de control. Debido a su baja corriente de alimentación se produce un efecto de auto calentamiento muy reducido. Se encuentra en diferentes tipos de encapsulado, el más común es el TO-92, utilizado por transistores de baja potencia. 2.2 PANTALLA LCD LCD significa Liquid Crystal Display o Pantalla de Cristal Líquido. Es una tecnología utilizada en monitores de computadoras, televisores, cámaras digitales y otros dispositivos electrónicos, que permite una pantalla más delgada y plana, además de una excelente definición y más ahorro de energía con respecto a los viejos monitores de tubos de rayos catódicos (CRT). Básicamente estas pantallas están integradas por diminutos puntos. Poseen dos capas de material polarizante. Entre las capas se introduce una solución de cristal líquido. Luego una señal eléctrica hace que los cristales se alineen de tal manera que impidan o no el paso de la luz. Cuando la pantalla se pone negra, todos sus cristales están alineados para que no pase luz. Los LCD tienen una vida promedio de entre 50 y 60 mil horas de uso. Arduino nos facilita enormemente la comunicación con los Displays mediante la librería “LiquidCrystal” la cual está optimizada de tal manera que nos permite comunicarnos por tan solo 4 pines de salida digital, con cualquier Display compatible con el Driver Hitachi HD44780. Podemos encontrar en el mercado muchos modelos de Display compatibles con este Driver. III. MATERIAL Y EQUIPO: • Computador. • Microcontrolador ESP32. • Potenciómetro 10K. • Sensor de temperatura LM35. • Pantalla LCD. • Multímetro. • Componentes varios. • Encendedor o cautín. • Software Proteus. IV. PROCEDIMIENTO Midiendo voltaje 1. Arme el siguiente circuito Ilustración 1 circuito armado con codigo Ilustración 2 circuito armado de medicion de voltaje Midiendo la resistencia de un potenciómetro valor 15 45 114 255 477 812 811 875 890 914 Midiendo la temperatura voltaje 0.07 0.23 0.56 1.25 2.33 3.97 4.31 4.35 4.47 4.92 Resistencia 14.66 45.94 111.44 249.27 466.28 793.74 861.19 855.33 869.99 893.45 VALOR ANALOG TEMP C 21 15.63 23 16.45 32 21.96 38 26.46 43 31.56 54 43.67 59 47.31 65 54.35 69 58.12 73 60.11 V. CUESTIONARIO FINAL 1. Explique el funcionamiento de otros sensores de temperatura. El LM35 es un sensor de temperatura de precisión cuya salida es lineal y proporcional a la temperatura en grados Celsius. A diferencia de otros sensores de temperatura como el termistor o el diodo, el LM35 está diseñado específicamente para medir la temperatura sin necesidad de cálculos complejos, ofreciendo una lectura directa y fácil de utilizar. Características principales del LM35: 1. Salida lineal : La salida del LM35 es lineal y directamente proporcional a la temperatura en grados Celsius. Produce un voltaje de 10 mV por cada grado Celsius (°C). Por ejemplo: o A 0°C la salida es 0 mV. o A 25°C, la salida es 250 mV. o A 100°C, la salida es 1000 mV (1 V). 2. Rango de temperatura : o El LM35 puede medir temperaturas en el rango de -55°C a 150°C. o No necesita ser calibrado por el usuario, lo que lo hace más conveniente. 3. Bajo consumo de energía 2. Que contiene la librería LiquidCrystal. La librería LiquidCrystal es una de las más utilizadas en plataformas como Arduino para controlar pantallas LCD basadas en el controlador HD44780 , que es uno de los controladores LCD más comunes. Esta librería facilitará la comunicación entre el microcontrolador (como el ESP32 o Arduino) y la pantalla LCD, permitiendo mostrar texto y otros caracteres. Contenido y funcionalidades principales de la librería LiquidCrystal: 1. Configuración de pines : La librería permite configurar los pines de conexión entre el microcontrolador y la pantalla LCD. Las pantallas LCD pueden ser controladas con un mínimo de 4 pines (modo de 4 bits) o con 8 pines (modo de 8 bits). 3. Cuál es la estructura interna de una pantalla LCD. 1. Cristales líquidos Los cristales líquidos son la base del funcionamiento de una pantalla LCD. Estos materiales tienen propiedades tanto de líquidos como de sólidos y pueden cambiar su orientación cuando se les aplica una corriente eléctrica. Al cambiar su orientación, modifican la forma en que la luz pasa a través de él 2. Filtro de Polarización (Polarizadores) • Filtro polarizador frontal y trasero:El • El polarizador frontal controlapolarizador trasero asegura que solo 3. Electrodos transparentes Los electrodos están hechos de materiales conductores transparentes (como el óxido de indio y estaño, ITO). Estos electrodos permiten aplicar una corriente eléctrica a las moléculas de cristal líquido para que cam • Electrodo comun : • Electrodos de píxeles : Corres 4. Capa de alineación Las moléculas de cristal líquido necesitan una estructura que mantenga su alineación inicial. La capa de alineación está diseñada para garantizar que las moléculas de cristal líquido se orienten en la dirección correcta antes de aplicar. 5. Fuente de Luz (Retroiluminación) • La mayoría de los LCD modernos tienen una fuente de luz LED.colocado detrás de • En pantallas antiguas, se utilizaban lámparas fluorescentes de cátodo frío (CCFL) para la 6. Filtros de color Para generar imágenes en color, se usan filtros RGB (rojo, verde y azul) sobre cada pí 7. Sustratos de vidrio Las 8. Conductor de Control El circuito de control del conductoranuncio del conductor 9. Capa de difusión Para garantizar que la luz de la retroiluminación se distribuya uniformemente a través de la pantalla, se incluye una capa difusora 4. El LCD requiere de demasiadas patillas para su conexión a un microcontrolador. De que otra forma puedo conectar una pantalla LCD a un microcontrolador. Usar un Módulo I2C (Circuito Interintegrado) Una de las formas más populares para conectar un LCD a un microcontrolador es utilizando un adaptador I2C . Este módulo permite controlar la pantalla LCD con solo dos pines: SDA (Datos) y SCL (Reloj) , además de la alimentación ( VCC y GND ). 5. • El módulo I2C tiene un chip que convierte las señales de I2C a las señales que el LCD necesita. • El estándar I2C es soportado por la mayoría de los microcontroladores, incluido el ESP32. • Usando este método, en lugar de los típicos 6 u 8 pines que requieren un LCD (4 bits u 8 bits de datos, control, habilitación, etc.), solo necesitas 2 pines del microcontrolador. Explique cómo trabaja un display gráfico Un display gráfico es un tipo de pantalla que permite mostrar imágenes, texto y gráficos. A diferencia de una pantalla de 7 segmentos o LCD de caracteres, una pantalla gráfica tiene una matriz de píxeles (pequeños puntos que pueden encenderse o apagarse) que permite representar cualquier tipo de contenido visual.
