En la presente sección se decribe de modo muy introductorio aspectos teoricos sobre sensores y se muestra a modo de inventario los sensores disponibles en el laboratorio. Finalmente, se abordan algunos ejemplos copiados y/o adaptados de internet con el fin de comprender el funcionamiento de algunos de los sensores disponibles y darle los animos y la confianza necesaria para que cacharree con lo que hay, pues esta es la manera como realmente se aprende.
El papel principal de estos elementos es permitir la interación del dispositivo IoT con el medio ambiente, son analogos a los sentidos y perifericos en los seres vivos y en los sistemas de computo respectivamente.
Los sensores son dispositivos de hardware que permiten percibir el mundo fisico (medir una o mas propiedades del entorno y enviar la información a un dispositivo IoT). Para esto, los sensore convierten la variable sensada en una señal electrica que puede ser interpretada por un dispositivo IoT. Esta señal depende del sensor, asi como el protocolo de comunicación usado para comunicarse con el dispositivo IoT. La siguiente figura (tomada del libro Practical Electronics for Investors) ilustra lo anteriormente descrito:
Existen diferentes tipos de sensores que permiten medis muchas cosas, desde propiedades naturales taltes como la temperatura del aire a interacciones fisicas como el movimiento. Algunos tipos de sensores existentes son:
- Sensores de temperatura: Permiten medir la temperatura del aire o el medio en el cual se encuentran inmersos. A veces suelen venir cominados con sensores de humedad y presión en un mismo modulo.
- Botones: Permiten sensar cuando estos son presionados.
- Sensores de luz: Estos detectan niveles de luz. Tambien permiten medir distintos tipos de luz (de colores especificos, ultravioleta, infraroja o luz visible en general).
- Acelerometros: Permiten medir el movimiento en multiples direcciones.
- Microfonos: estos permiten detectar sonidos.
La siguiente tabla (tomada del mismo texto), muestra algunos tipos adicionales de sensores:
Son el tipo de sensores mas basicos que existen. Estos sensores son alimentados con voltaje (voltaje de alimentación) desde el dispositivo IoT y devolvuelven este para su lectura un voltaje cuya variación depende de la variable medida tal y como lo muestra la siguiente figura (tomada del siguiente link).
Debido a que los dispositivos IoT son digitales, los valores obtenidos al usar sensores analogos deben ser convertidos a una señal digital antes de ser procesados de modo que muchos dispositivos IoT tienen Conversores analogo a digital (ADCs) para convertir señales analogas a representaciones digitales de su valor. En caso de que el dispositivo no tenga ADCs, estos pueden ser conectados al dispositivo como un modulo exterior (Como el caso de la rPi).
Cuando un sensor esta conectado a un dispositivo IoT, el valor analogo leido debe ser convertido a una representación digital la cual depende del rango de variación de la señal analoga de entrada y del tipo de dispositivo. El rango de valores de un ADC depende del numero de bits de resolución, por ejemplo, si un ADC es de 10 bits, el rango de valores estara entre 0-1023.
Los sensores digitales detectan cambios de voltaje que solo pueden tomar dos posibles valores (alto y bajo). El tipo mas simple de sensor de este tipo es un boton o switch, el cual es un sensor con dos estados ON y OFF tal y como se muestra en la siguiente figura (tomada del siguiente link)
Estos sensores tiene el hardware necesario para poder procesar la señal de modo que pueden ser conectados directamente al dispositivo IoT. Un caso tipico de estos sensores consisten en los sensores de temperatura que vienen integrados con un ADC de modo que los valores analogos leidos son convertidos en señales digitales que se envian al dispositivo IoT como datos. Enviar datos en forma digital permite que los sensores sean mas complejos y que envien datos mas detallados, incluso encriptados si la seguridad es importante, un sensor de este tipo lo constituye una camara, la cual captura una imagen y envia los datos de esta al dispositivo IoT empleando un formato digital comprimido como el JPEG. La siguiente figura (tomada del siguiente link) ilustra esto:
Los actuadores son lo contrario de los sensores. Los actuadores convierten una señal electrica proveniente del dispositivo IoT en una interacción con el mundo fisico tal como la emisión de luz o sonido, o el movimiento de un motor. Algunos actuadores comunes incluyen:
- Led: Estos emiten luz cuando son encendidos.
- Alatavoz: Este elemento emite sonido basado en la señal que recibe, desde un buzzer basico a un parlante de audio puede ser empleado en la reproducción de musica.
- Motor paso a paso: Este convierte una señal en una rotación definida.
- Relay: Son swiches que pueden ser encendidos o apagados por medio de una señal electrica. Estos permiten que pequeños voltajes provenientes de dispositivos IoT puedan manejar altos voltajes.
- Pantallas: Son uno de los actuadores mas completos y muesntran información en un display multi.segmentos. Los displays pueden variar desde display LED sencillos a monitores de video de alta resolución.
La siguiente figura (tomada de link) muestra el uso de un actuador (Led) en un dispositivo IoT controlado por un sensor (fotocelda) para la implementación de un controlador de luz nocturna. En este caso, el dispositivo IoT funciona comparando los niveles de luz entregados por el sensor accionando el led cuando el nivel de luz detectado es demasiado bajo.
Los actuadores analogicos toman una señal analoga y la convierten en alguna clase de interacción la cual esta basada en cambios del voltaje aplicado. Un ejemplo de este tipos son los bombillos luz regulable (dimmable light) de uso comun en los hogares, en las que el brillo depende de la cantidad de voltaje aplicado a la lampara.
Es importante tener en cuenta que asi como los sensores, los dispositivos IoT de la actualidad trabajan con señales digitales y no analogas; de modo que, para enviar una señal analoga, el dispositivo IoT necesita un conversor analogo digital (ADC) el cual puede estar integrado en el dispositivo IoT o adaptado a una placa externa que se conecta al dispositivo. El ADC convertira los 0s y 1s del dispositivo IoT a un voltaje analogo que el actuador pueda usar.
A diferencia del uso de ADCs, otra forma de conversion de señales digitales a señales analogas es por medio de la modulación PWM lo cual involucra enviar una tren de pulsos los caules actuan como si fueran una señal analogica cuya amplitud, depende del ancho de los pulsos del tren.
Un ejemplo tipico del uso de PWM econsiste en el control de la velocidad de un motor. Para este caso a mayor ancho del pulso de la onda cuadrada mayor velocidad.
- Caso 1 - Ancho del 50%:
- 25 pulsos por segundo x 0.1 rotaciones por pulso = 2.5 rotaciones por segundo.
- 2.5 rotaciones por segundo x 60 segundos en un minuto = 150 rpm.
- Caso 2 - Ancho del 25%:
- 25 pulsos por segundo x 0.05 rotaciones por pulso = 1.25 rotaciones por segundo.
- 1.25 rotaciones por segundo x 60 segundos en un minuto = 75 rpm.
De modo similar a los sensores digitales, los actuadores digitales, tienen dos estados que son controlados por un voltaje alto y uno bajo o tienen un ADC que les permite convertir una señal analoga en una digital. Un tipo de actuador digital es un LED, el cual se enciende cuando el dispositivo digital envia un voltaje alto y se apaga cuando el voltaje enviado es alto. La siguiente figura (tomada de link) ilustra eso:
El laboratorio cuenta con tres kits de sensores los cules se muestrana continuación:
- Grove - Starter Kit v3 (link):
- 37 sensor kit Elegoo (link):
- Landzo 37 In 1 Sensors Kit For Arduino (link):
La siguiente tabla resume la lista de sensores disponibles en cada uno de los tres kids descritos:
| Sensor | Grove - Starter Kit v3 | 37 sensor kit Elegoo | Landzo 37 In 1 Sensors Kit For Arduino |
|---|---|---|---|
| Grove - Sound Sensor | x | ||
| Grove - Touch Sensor | x | ||
| Grove - Rotary Angle Sensor | x | ||
| Grove – Temperature Sensor | x | ||
| Grove - Light Sensor | x | ||
| DHT11 Temperature and Humidity Module | x | ||
| DS18B20 Temperature Sensor Module | x | ||
| Button switch module | x | ||
| Tilt Switch module | x | ||
| Photo Interrupter Module | x | ||
| Light Dependent Resistor Module | x | ||
| Large Microphone Module | x | ||
| Small microphone module | x | ||
| Reed Switch Module | x | ||
| digital temperature sensor module | x | ||
| Linear Magnetic Hall Sensor | x | ||
| Flame Sensor Module | x | ||
| Touch Sensor | x | ||
| Joystick Module | x | ||
| Line Tracking Module | x | ||
| Obstacle Avoidance Sensor | x | ||
| Rotary Encode Module | x | ||
| Ultrasonic Sensor Module | x | ||
| MPU 6050 Module | x | ||
| HC SR501 PIR Sensor | x | ||
| Water Level Detection Sensor Module | x | ||
| Keypad Module | x | ||
| KY-023 Joystick module | x | ||
| KY-026 Flame Sensor Module | x | ||
| KY-016 RGB LED Module | x | ||
| KY-016 Heartbeat Sensor module | x | ||
| KY-027 2PCS Light Cup module | x | ||
| KY-003 Hall Magnetic Sensor | x | ||
| KY-024 Linear Hall Sensor | x | ||
| KY-017 Mercury Tilt Switch | x | ||
| KY-001 18B20 Temperature Sensor | x | ||
| KY-037 Big Sound Sensor | x | ||
| KY-036 Touch Sensor | x | ||
| KY-020 Ball Switch | x | ||
| KY-013 Analog Temperature Sensor | x | ||
| KY-038 Small Sound Sensor | x | ||
| KY-028 Digital Temperature Sensor | x | ||
| KY-018 Photoresistor | x | ||
| KY-033 Tracking Sensor | x | ||
| KY-025 Reed Switch | x | ||
| KY-002 Shock Sensor | x | ||
| KY-015 Temperature and Humidity Sensor | x | ||
| KY-040 Rotary Encoder | x | ||
| KY-035 Analog Hall Sensor | x | ||
| KY-031 - Tap Module | x | ||
| KY-010 - Light blocking | x | ||
| KY-021 Mini Reed Switch | x | ||
| KY-032 Avoidance Sensor | x |
Por otro lado, la siguiente tabla muestra una lista de actuadores disponibles en cada kid:
| Actuador | Grove - Starter Kit v3 | 37 sensor kit Elegoo | Landzo 37 In 1 Sensors Kit For Arduino |
|---|---|---|---|
| Grove - LCD RGB Backlight | x | ||
| Grove – Relay | x | ||
| Grove – Buzzer | x | ||
| Grove - LED | x | ||
| IR Transmitter Module | x | ||
| IR Receiver Module | x | ||
| seven Color flash Module | x | ||
| Passive Buzzer | x | ||
| Laser Module | x | ||
| RGB LED Module | x | ||
| SMD RGB LED Module | x | ||
| Two Color LED Module (5mm) | x | ||
| Seven Color flash Module | x | ||
| Relay Module | x | ||
| LCD display | x | ||
| DS1307 Serial Real Time Clock | x | ||
| KY-019 Relay Module | x | ||
| KY-009 SMD RGB LED | x | ||
| KY-034 7 Color Flash LED | x | ||
| KY-011 Two Color LED | x | ||
| KY-008 Laser Emitter | x | ||
| KY-029 Mini Two-color LED | x | ||
| KY-004 Button | x | ||
| KY-005 IR Emitter | x | ||
| KY-012 Buzzer | x | ||
| KY-022 IR Receiver | x | ||
| KY-006 Passive Buzzer | x |
Por ahora vamos a clasificar los ejemplos siguiendo la siguiente clasificación sencilla:
En construcción...
En construcción...
En construcción...
En construcción...
En construcción...
La gran mayoria de la información aqui tomada se saco del curso IoT-For-Beginners de Microsoft. Si quiere ir mas alla, la lectura y comprensión de lo que aqui se enseña es obligada.
- https://spot.pcc.edu/~dgoldman/#eet101
- https://www.accessengineeringlibrary.com/content/book/9780071771337/chapter/chapter6
- https://learn.sparkfun.com/tutorials/tags/sensors?page=all
- https://www.adafruit.com/category/35
- https://imada.sdu.dk/~marco/Teaching/AY2016-2017/DM841/
- https://github.com/UdeA-IoT/actividad-4
- https://www.hackster.io/seeed