Entrades

De El raconet d'en Jordi

Dreceres ràpides: navegació, cerca

Contingut

Polsadors i interruptors

Típicament els senyals digitals es tracten a partir d’una configuració de divisor de tensió. Quan el sensor està actiu baixa radicalment la seva resistència i canvia les proporcions del divisor, invertint l’estat de l'entrada.

A la figura veiem un polsador NO. Quan es troba en repòs el PIC, veu únicament la connexió a 0V i per tant llegeix el valor 0. Quan el polsador està actiu el PIC rep la tensió d'alimentació i per tant llegeix un 1.

La resistència de 10 kΩ limita la intensitat i impedeix que es produeixi un curtcircuit quan el polsador està actiu, però permet la connexió a 0V quan el polsador està en repòs. És el que s'anomena en electrònica una resistència de pull-down (pull-up quan utilitzem la configuració contrària, el polsador connectat a 0V i la resistència a la tensió d'alimentació).

Moltes vegades utilitzarem micropolsadors per a circuit imprès. Típicament son polsadors NO que porten dues parelles de potes, connectades entre si, en forma de grapa.

El polsador pot ser escollit d'entre una gran varietat de models: detector final de cursa, accionat magnèticament (relé reed), sensor de proximitat, de gir (tilt) ...

De vegades caldrà connectar un condensador de 100nF en paral·lel amb el polsador per evitar rebots, per exemple quan volem comptar les vegades que un imant passa per davant del sensor Reed.

Detectors fi de cursa i sensors magnètics

Al cap i a la fi no deixen de ser polsadors amb diferents tipus d'accionament mecànic o magnètic. Per tant els connectarem de la mateixa forma que els polsadors anteriors.

Hem d'anar molt en compte amb els sensors magnètics Reed, ja que utilitzen un encapsulat de vidre molt fràgil.

Tensions

Les entrades ADC (conversors analògics a digital) permeten la mesura de tensions entre 0V i la tensió d'alimentació. La lectura és directament un valor digital (típicament de 8, 10 o 12 bits), que agafa el seu valor màxim (fons d'escala) quan l'entrada té un valor igual a la tensió d'alimentació.

Si la tensió d'alimentació és constant, es a dir, quan fer servir un regulador del tipus 7805, podem llegir valors absoluts de la tensió amb un sistema de proporcions (per exemple, amb 8 bits de resolució i una alimentació estabilitzada de 5 V tindrem una lectura de 255 per a una entrada de 5 V, el valor de la lectura U per a una entrada arbitraria b0 seria de

U=\frac{b0}{255}\cdot 5V

En el cas de sistemes alimentats a piles, on la tensió d'alimentació varia amb la carrega de la pila, hauríem d'utilitzar una entrada ADC per llegir un díode zener que ens serveixi de referència.

Sondes SADEX

Connexió SADEX

La dotació estàndard de les aules taller de tecnologia dels IES de Catalunya inclou un equipament important en sistemes d'adquisició de dades experimentals (SADEX). Podem connectar les sondes d'aquests equipaments alimentant-les amb el visor autònom.

Només ens caldrà un connector femella DB25. Connectaren la massa a la pota 8 i l'entrada ADC a la pota 24. La sonda dona un valor analògic en volts equivalent al valor mostrat al display del visor.

Potenciòmetres

Connexió d'un potenciòmetre

Un potenciòmetre que faci de divisor de tensió , pot ser emprat per llegir un valor de consigna (com pot ser el temps que ha d'estar encès un llum o un forn).

Fins i tot, es pot simular un commutador/selector, assignant a diferents rangs de valor de lectura, diferents significats. O bé substituir-lo per un conjunt de resistències en sèrie de diferents valors, seleccionats acuradament amb polsadors en paral·lel, i d'aquesta manera llegir més d'un polsador amb la mateixa entrada. D'aquest manera podem, per exemple, llegir un teclat numèric amb 3 entrades ADC.

Mesura de posicions i angles amb potenciòmetres

Podem utilitzar un potenciòmetre de desplaçament per mesurar la posició d'un objecte. Si l'objecte desplaça el potenciòmetre, la resistència i, per tant, el voltatge del cursor serà proporcional a la posició. El problema és trobar-ne: amb les actuals tendències digitals, és dificil comprar-los a les botigues habituals, i caldrà adreçar-nos a botigues web internacionals (com farnell).

També podem utilitzar un potenciòmetre radial per mesurar l'angle d'un pla. Si l'objecte fa girar el cursor del potenciòmetre, la resistència i, per tant, el voltatge del cursor serà proporcional a l'angle. De vegades potser interessant eliminar el tope que tenen algun potenciòmetres, de forma que pugui donar la volta completa (per exemple en el cas d'una nòria, on hem d'aturar a diferents angles per carregar els passatgers).

LDRs, NTCs i altres resistències dependents de magnituds

Les LDR (Light Dependent Resistor) són resistències que depenen de la llum: quanta més llum, més baixa és la seva resistència.

Les NTC mostren un comportament semblant amb la temperatura (Negative Temperature Coefficient). També podem utilitzar termistors amb un comportament contrari: les PTC (Positive Temperature Coefficient).


Lectura digital

Connexió LDR

Típicament, aquestes resistències es connecten en un divisor de tensió. En lloc d'un polsador es pot connectar qualsevol resistència variable: LDR, NTC, PTC...

En el cas de les LDR, una resistència de 10kΩ o 100kΩ compleix bé la missió, ja que les LDR tenen variacions típiques entre 100Ω (llum) i 1 MΩ (foscor). Amb una resistència de pull-down de 10kΩ obtindrem un 1% del voltatge d'alimentació a la foscor i un 99% a la llum, de forma que garantim en aquestes situacions extremes els valors digitals 0 i 1.

Caldrà ajustar el valor de la resistència de pull-up (o de pull-down) perque el canvi de 0 a 1 es produeixi segons interessi en el circuit. També es pot optar per utilitzar una resistència ajustable (o la resistència entre el cursor d'un potenciòmetre i un dels seus extrems) per poder ajustar manualment el punt de canvi (anomenat llindar o valor de consigna).

Lectura analògica

Alguns d'aquests sensors, la seva resistència depèn de la magnitud a la que són sensibles, d'una forma no lineal, com és el cas de la LDR.

Com ja hem dit, normalment aquests sensors es connecten en una configuració de divisor de tensió juntament amb una resistència. La complexitat de la relació entre la temperatura i l'entrada llegida pel convertidor analògic digital fa recomanable calibrar la sonda, és a dir, realitzar una taula de conversió entre els valors d'entrada obtinguts per a diferents valors de la temperatura, mesurades amb un instrument patró.

Fotodíodes

Aquests semiconductors sensibles a la llum tenen l'avantatge sobre les LDR de que la seva resposta en intensitat és lineal, de forma que la seva calibració és molt més senzilla. Exemples de fotodíodes són el BPW34 i el BPW21. Es pot utilitzar un amplificador operacional per fer la funció de conversió intensitat/voltatge, voltatge que podrem mesurar amb els ADC del PIC.

També podem utilitzar un fotodíode que incorpori integrat aquest amplificador de transimpedància, de forma que ens doni directament un voltatge proporcional al llum com el TSL257. Realment aquest component és barat, útil i pràctic si el que volem és una mesura quantitativa de la llum. Imatge:TSL257.png Datasheet TSL257

Fototransistors

Els fototransistors també són sensibles a la llum, de forma que a les fosques es troben a la zona de tall i amb llum a la zona de saturació. Per tant són molt útils si els connectem a les entrades digitals del nostre PIC.

Mesura de posició amb LEDs i fototransistors IR

Si utilitzem un LED infraroig com a font de llum i detectem la llum emesa amb un fototransistor IR podem mesurar posicions de diferents formes:

  • Posant encarats el LED i el fototransistor i al mig un disc amb escletxes radials que gira per fregament quan una peça es desplaça. Comptant els polsos que es generen podem conèixer el desplaçament realitzat. És el principi de funcionament dels ratolins de bola dels ordinadors
  • Posant en paral·lel el LED i el fototransistor i en front una superfície que pot o no reflectir el llum, com pot ser fulla de paper amb marques amb cinta aïllant negre. És el principi de funcionament dels robots rastrejadors que segueixen línies marcades al terra.

La utilització de llum infraroja és per evitar interferències amb la il·luminació ambiental.

El CNY70 és un component que integra el LED IR i el fototransistor, seguint la segona opció. Té un preu molt raonable (al voltant de 1€) i només cal posar un parell de resistències en sèrie: 220 Ω pel LED i 100 kΩ pel fototransistor (treballant a 5V). És especialment útil per a robots rastrejadors, sensors final de cursa òptics i, fins-i-tot, com a polsador al tacte.

El sensor de temperatura DS18B20

Aquest xip de l'empresa Dallas Semiconductor utilitza un protocol d'un sol fil per comunicar-se amb els microcontroladors. Els nostres PICAXE inclouen en el seu interpret BASIC ordres que permeten la lectura directa d'aquests xips mitjançant qualsevol de les seves entrades digitals.

Trobareu més informació sobre la seva connexió i utilització a les pàgines Manual de programació BASIC.

Imatge:DS18B20.pngImatge:DS18B20.pdf

A continuació veiem un exemple de lectura d'un d'aquests xips que hem connectat a l'entrada input4 del nostre PICAXE-08M i que envia el valor de la temperatura per la sortida sèrie de programació amb una resolució de 1 °C (podem millorar la resolució fins a 1/8 °C utilitzant l'ordre readtemp12, però això complica molt els programes ja que cal utilitzar més d'un byte per processar les dades) dintre del rang de -55 °C a 125 °C. Fixeu-vos que el primer bit indica el signe, es a dir, quan la temperatura és negativa la lectura porta un valor de 128 afegit.

'Lectura de temperatura amb el DS18B20
mesu:
      readtemp 4,b1
      if b1 > 127 then neg
      sertxd (#b1,13,10)
      goto mesu
neg:
      let b1 = b1 - 128
      sertxd ("-")
      sertxd (#b1,13,10)
      goto mesu

Sensors magnètics d'efecte Hall

Són sensors extremadament eficaços en la medició de camps magnètics, petits i a un preu raonable.

Per exemple, el A1302 és un sensor que dona un voltatge proporcional al camp magnètic (en aquest cas 1.3 mV/G (mV per gauss). Es a dir, dona una 0,1 V per a un imant petit (100G).

Molt interessants són els interruptors per efecte Hall, molt més resistents i sensibles que les càpsules Reed. Podem utilitzar el A1101 que agafa la posició tancada quan el camp magnètic Sud supera els 100 G i passa a la posició oberta per sota dels 45 G (la diferencia és deguda a la histèresis).

Datasheet A1301 Datasheet A1101

El sensor de codis infrarojos SIRC TSOP4838

Amb l'ordre infrain2 podem llegir codis de comandaments a distància infrarojos que utilitzin el protocol SIRC de SONY D'aquesta manera podem controlar de forma remota els nostres dissenys. La comunicació es realitza mitjançant l'entrada digital input3 dels PICAXE més moderns. Amb models més antics (PICAXE-18X) cal utilitzar l'ordre infrain, que dona un valor del codi incrementat en 1 unitat, i limitat als primers 17 codis, mentre que la versió més moderna (PICAXE-08M, PICAXE-14M) detecta els valors entre 0 i 127.

Imatge:SIRC.pngImatge:TSOP4838.pdf

Trobareu més informació sobre la seva connexió i utilització a les pàgines del Manual de programació BASIC.

A continuació veiem un exemple que permet encendre i apagar un LED connectat a la sortida output1 mitjançant un comandament remot de TV SONY. Podeu trobar un altre exemple a la pàgina 109, El kit de comandament infraroig AXE040, on s'utilitza l'ordre infrain a un robot basat en el PICAXE-18X.

'Control d'un llum amb un comandament a distància per infrarojos
main:
   low 1
espera:
   infrain2
   if infra = 1 then encen
   if infra = 2 then apaga
   goto espera
encen:
   high 1
   goto espera
apaga:
        low 1
        goto espera

Podeu trobar molta informació sobre els codis IR a RemoteCentral

Teclats

Típicament els teclats són conjunts de polsadors connectats amb una graella de fils. Les tècniques utilitzades per llegir el seu estat són nombroses, depenent de quines línies tenen en comú els polsadors, si es vol detectar l'activació simultània de dos tecles, del nombre d'entrades i sortides digitals de que disposem, de la possibilitat de convertir les entrades digitals en sortides i viceversa...

Els nous PICAXE-08M i PICAXE-14M tenen unes quantes entrades ADC, que permeten una lectura senzilla d'aquest teclats amb unes poques entrades ADC. La idea és utilitzar un divisor de tensió amb resistències que ens donarà un voltatge diferent segons la tecla polsada. No és dels dissenys més optimitzats (no distingim quan es premen dues tecles de la mateixa columna, sacrifiquem tres entrades analògiques...), però el seu senzill principi i l'economia en entrades utilitzades (amb tècniques clàssiques no podríem utilitzar un PICAXE-08M per a aquesta aplicació, necessitaríem més potes) aconsellen aquesta solució.

Si ens fixem en l'esquema del circuit proposat veurem que les entrades ADC1, ADC2 i ADC3 del nostre PICAXE veuen la tensió d'alimentació quan cap tecla està activa. Per tant llegiran un valor de 255 o molt proper amb l'ordre readadc.

Si la tecla pressa és de la segona fila, ara l'entrada ADC de la columna corresponent veurà una tensió de \tfrac{2}{3} de la tensió d'alimentació, que correspon a un valor digital aproximat de 170. Si es tracta de la tercera fila, el valor serà aproximadament 128 (\tfrac{1}{2} de la tensió d'alimentació). Si, finalment, es tracta de un polsador de la darrera fila, el valor llegit serà 0 (connectat directament a massa).

Teclats de PC

Als PICAXE més potents (PICAXE-18X, PICAXE-28X, PICAXE-40X) disposem de dos entrades/sortides especials que ens permeten connectar directament teclats de PC (del tipus AT, amb connector miniDIN/PS2, els moderns teclats USB no serveixen).

Únicament caldrà connectar una resistència de pull-up de 4,7kΩ a cada senyal i alimentar el teclat a 5V.

Podrem interactuar amb el teclat llegint les tecles amb l'ordre keyin i controlant els LEDs del teclat amb l'ordre keyled.

Trobareu més informació sobre la seva connexió i utilització a la documentació de les ordres keyin i keyled del Manual de programació BASIC.

Altres sensors

Constantment apareixen al mercat nous sensors que podem connectar al nostre PICAXE. Molt ampli es el ventall de possibilitats que s'obre utilitzant els protocols sèrie/RS-232 (suportat per tota la gama de PICAXE) o I2C (suportat per el PICAXE més potents, com ara el PICAXE-18X, PICAXE-28X o PICAXE-40X).

Alguns exemples de dispositius disponibles hores d'ara són:

  • Posicionadors GPS, com ara el mòdul LS-41EB disponible a la web del mateix distribuïdor de PICAXE, que es connecten per interfície sèrie.
  • Brúixoles, com ara els mòduls CMP03 o CMPS03 (més informació a http://www.robot-electronics.co.uk/htm/cmps3tech.htm), que es connectem per I2C.
  • Sensors d'humitat, com ara el Honeywell HIH4000-001, que es connecta a una entrada ADC, disponible a la web del mateix distribuïdor de PICAXE.
  • Sensors de pressió, com ara el MPX4115A de Motorola, que es connecta a una entrada ADC.
  • Telèmetres per ultrasons, com ara el mòdul SRF005, disponible a la web del mateix distribuïdor de PICAXE. Podeu veure la utilització d'aquest mòdul a un robot basat en un PICAXE-18X a El sensor d'ultrasons SRF005.


Datasheet Mòdul GPS LS-41-EB Datasheet connexionat mòdul GPS LS-41-EB Connexionat GPS amb el mòdul PICAXE CONNECT


Sensor d'humitat Honeywell HIH4000-001 Sensor de pressió MPX4115ASensor d'ultrasons SRF005

També podem utilitzar sensors NXT de LEGO (ultrasons, detecció de color, brúixola ...). Trobareu informació sobre el connexionat d'aquests i d'altres sensors al Circuit Creator de la web de PICAXE.



Tornar a l'índex