ABC del acelerometro.Posted by: 5Hertz on 17/02/2014in Acelermetro4 Comments22,812 views 1 Los acelermetros son dispositivos que miden la aceleracin, que es la tasa de cambio de la velocidad de un objeto. Esto se mide en metros por segundo al cuadrado (m/s) o en las fuerzas G (g). La sola fuerza de la gravedad para nosotros aqu en el planeta Tierra es equivalente a 9,8 m/s, pero esto vara ligeramente con la altitud (y ser un valor diferente en diferentes planetas, debido a las variaciones de la atraccin gravitatoria). Los acelermetros son tiles para detectar las vibraciones en los sistemas o para aplicaciones de orientacin.

Ejes de medida de un acelermetro de tres ejesContenido:1. Introduccion1.1 Cmo funciona un acelermetro?1.2 Cmo conectarse a un acelermetro.1.3 Interfaz de comunicaciones.1.4 Potencia2. Cmo seleccionar un acelermetro.2.1 Alcance.2.2 Caractersticas adicionales.3. Gua de compra de uno de nuestros acelermetros3.1 Caractersticas a elegir de un acelermetro.3.1.1 Rango.3.1.2 Interfaz.3.2 Caractersticas especiales.3.3 Tabla comparativa.4. Cmo utilizar su nuevo acelermetro con Arduino .4.1 Acelermetros analgicos.4.1.1 Programacin analgicos.4.2 Acelermetros digitales.4.2.1 Programacin digitales.

1.1 Cmo funciona un acelermetro?Los acelermetros son dispositivos electromecnicos que detectan las fuerzas de aceleracin, ya sea esttica o dinmica. Las fuerzas estticas incluyen la gravedad, mientras que las fuerzas dinmicas pueden incluir vibraciones y movimiento.Los acelermetros pueden medir la aceleracin en uno, dos o tres ejes. Los de tres ejes son ms comunes conforme los costos de produccin de los mismos baja.Generalmente, los acelermetros contienen placas capacitivas internamente. Algunos de estos son fijos, mientras que otros estn unidos a resortes minsculos que se mueven internamente conforme las fuerzas de aceleracin actan sobre el sensor. Como estas placas se mueven en relacin el uno al otro, la capacitancia entre ellos cambia. A partir de estos cambios en la capacitancia, la aceleracin se puede determinar.

Sistema microelectromecnico para la aceleracin en 1 eje.Otros acelermetros se pueden centrar en torno materiales piezoelctricos. Estos pequea carga elctrica de salida estructuras cristalinas cuando se coloca bajo tensin mecnica (por ejemplo aceleracin).

Sistema con tensin mecnica.Para la mayora de los acelermetros , las conexiones bsicas que se requieren para la operacin son el poder y las lneas de comunicacin. Como siempre, leer la hoja de datos para una correcta conexin.

1.2 Cmo conectarse a un acelermetroPara la mayora de los acelermetros , las conexiones bsicas que se requieren para la operacin son el poder y las lneas de comunicacin. Como siempre, leer la hoja de datos para una correcta conexin.

1.3 Interfaz de comunicacionesLos acelermetros se comunicarse a travs de un convertidor analgico , digital , o interfaz de conexin modulada por ancho de impulsos(pwm) .Los acelermetros con una interfaz analgica entregan un voltaje proporcional a la aceleracin en cada uno de sus ejes (hablando de uno de 3 ejes) que normalmente fluctan entre tierra y el valor de alimentacin Vcc. Estos suelen ser ms baratos que los digitales y mucho ms fciles de usa en momento ms veremos porqu.Los acelermetros con una interfaz digital pueden comunicarse a travs de los protocolos de comunicacin de SPI o I2C. Estos tienden a tener ms funcionalidad y ser menos susceptibles al ruido que acelermetros analgicas .Los acelermetros con salida modulada en ancho de pulso (PWM ) sus salidas don de onda cuadrada con un periodo conocido, pero un ciclo de trabajo vara con cambios en la aceleracin .

1.4 PotenciaLos acelermetros son generalmente dispositivos de baja potencia . La corriente requerida cae tpicamente en la gama de micro ( ) o mili amperios , con una tensin de alimentacin de 5 V o menos . El consumo de corriente puede variar dependiendo de la configuracin (por ejemplo , el modo de ahorro de energa en comparacin con el modo de funcionamiento estndar). Estos modos diferentes pueden hacer a los acelermetros muy adecuado para aplicaciones que funcionan con batera .Asegrese de que los niveles lgicos tanto del acelermetro como del microcontrolador correspondan y ms en los digitales; ya que si esto no es as puede daar el sensor.

2.Cmo seleccionar un acelermetroAntes de elegir usar un acelermetro debemos considerar varios requerimientos donde entre los principales se encuentra el nivel de alimentacin y el tipo de comunicacin del que ya se habl anteriormente (cheque nuestros tutoriales de cmo usar las interfaces digitales . Otras caractersticas para su consideracin se muestran a continuacin.

2.1 AlcanceLa mayora de los acelermetros tendr un rango seleccionable de las fuerzas que pueden medir. Estos intervalos pueden variar de 1g hasta 250g. Tpicamente, el ms pequeo de la gama, es el ms sensible. Por ejemplo, para medir pequeas vibraciones sobre una mesa , utilizando un acelermetro de gama pequea proporcionar datos ms detallados que el uso de uno de 250 g (que es ms adecuado para cohetes ) .

2.2 Caractersticas adicionalesAlgunos acelermetros incluyen caractersticas como la deteccin del grifo (til para las aplicaciones de baja potencia ), deteccin de cada libre ( utilizados para activar la Proteccin del Disco Duro), compensacin de temperatura ( para aumentar la precisin en situaciones de del alto riesgo ) y deteccin de 0g. La necesidad de estos tipos de caractersticas en el acelermetro ser determinada por la aplicacin en la que se incorpora el acelermetro.

Este acelermetro puede ser configurado para realizar mediciones entre 1.5g y 6g entre otras caractersticas especiales.

3. Gua de compra de uno de nuestros acelermetros.Acelermetros.Qu mide un acelermetro? Bueno, la aceleracin. Ya sabes cmo algo rpido se est acelerando o frenando. Vers, la aceleracin se visualiza en unidades de metros por segundo al cuadrado ( m/s), o fuerza G ( g ), que es aproximadamente 9.8m/s; ( el valor exacto depende de su elevacin y la masa del planeta en el que se est parado).Los acelermetros se utilizan para detectar tanto esttica ( por ejemplo, gravedad ) y dinmica ( por ejemplo, arranques repentinos / frenado ) de la aceleracin. Una de las aplicaciones ms ampliamente utilizadas para acelermetros es la deteccin de inclinacin. Debido a que estn afectados por la aceleracin de la gravedad, un acelermetro le puede decir cmo se orienta con respecto a la superficie de la Tierra. Por ejemplo, el iPhone de Apple o mejor aun el lumia 925 de Nokia tienen un acelermetro, que lo deja saber si se encuentran vertical u horizontal.Un acelermetro tambin se puede utilizar para detectar el movimiento.Por ejemplo, un acelermetro en el WiiMote de Nintendo se puede utilizar para detectar golpes de derecha y de revs emulando los golpes de una raqueta de tenis, o el efecto que se le pone a una bola de boliche. Por ltimo, un acelermetro tambin se puede usar para detectar si un dispositivo est en un estado de cada libre. Esta caracterstica se implementa en varias unidades de disco duro: si esto se detecta manda la seal al Disco Duro para guardar datos y bloquearse para evitar que el golpe dae los datos.

3.1 Caractersticas a elegir de un acelermetro.Ahora que usted sabe lo que hacen, vamos a considerar cules son las caractersticas que debe buscar al seleccionar su acelermetro :

3.1.1 RangoLos lmites superior e inferior de lo que el acelermetro puede medir tambin se conoce como su gama. En la mayora de los casos, un rango menor a gran escala significa una salida ms sensible, as que usted puede obtener una lectura ms precisa de un acelermetro con un rango de baja escala.Usted debe seleccionar un rango de deteccin que mejor se adapte a su proyecto, si el proyecto slo ser sometido a aceleraciones entre 2g y -2g, un acelermetro oscilado 24 no le va a dar mucha precisin.Contamos con un buen surtido de acelermetros, con alcances mximos se extiende desde 1.5 g hasta 24g. La mayora de nuestros acelermetros se establecen en un rango mnimo / mximo duro, sin embargo casi todos de los acelermetros que tenemos disponen de rangos seleccionables .

3.1.2 Interfaz- Esta es otra de las caractersticas ms importantes. Los acelermetros tendrn ya sea una interfaz Anloga, Digital (I2C o SPI) o por Modulacin de Ancho de Pulso (PWM). Actualmente solo disponemos sensores con las dos primeras interfaces.Acelermetros con una salida analgica producirn una tensin que es directamente proporcional a la aceleracin detectada. En 0g, la salida analgica ser residir generalmente en alrededor de la mitad de la tensin de alimentacin ( por ejemplo, 1,65 V para un sensor de 3,3 V ). En general, esta interfaz es el ms fcil de trabajar, usando solo un convertidor analgico a digital (ADC) presente en la mayora de los microcontroladores.Acelermetros con una interfaz de PWM producirn una onda cuadrada con una frecuencia fija , pero el ciclo de trabajo del pulso variar con la aceleracin detectada. Estos son bastante raro; por lo que no contamos con ningn modelo pero siempre es bueno saber cmo funcionan.Acelermetros digitales por lo general cuentan con una interfaz serial sea SPI o I C. Dependiendo de su experiencia, estos pueden ser los ms difciles de integrar con su microcontrolador. Dicho esto, los acelermetros digitales son populares debido a que por lo general tienen ms caractersticas, y son menos susceptibles al ruido que sus homlogos analgicos.Nmero de ejes medidos Este est muy claro: de los tres ejes posibles ( x , y, z ) , cuntos tiene sentido medir? Acelermetros de tres ejes suelen ser el camino a seguir, sino que son los ms comunes, as que aqu no hay mucho que pensarle.Consumo de energa Si el proyecto funciona con pilas, es posible que desee considerar la cantidad de energa que consumir el acelermetro. El consumo de corriente se requiere por lo general ser en el rango de los 100s A. Algunos sensores tambin disponen de la funcionalidad de reposo para ahorrar energa cuando no se necesita el acelermetro.

3.2 Caractersticas especialesLos acelermetros ms recientes pueden tener algunas caractersticas ingeniosas, no basta con producir los datos de aceleracin. Estos acelermetros nuevos pueden incluir caractersticas como rangos seleccionables de medida, control del sueo, 0 g de deteccin y deteccin de golpeteo.

3.3 Tabla comparativa.DispositivoRangoInterfazEjesRequerimientos de energaCaractersticas especiales

MMA73611.5 g y 6gAnalgica32.2 a 3.6VDC,400A Compensacin de temperatura Sensibilidad seleccionable. Deteccin 0g Modo de reposo SELF-TEST

ADXL3353gAnalgica31.8 a 3.6VDC.350uA SELF-TEST

MMA8452 2g , 4 g, 8gDigital I2C31,95 V a 3,6 V6 uA - 165 uA Dos pines de interrupcin Sensibilidad seleccionable SEFL-TEST Etc.

ADXL34516gDigitalSPI /I2C32.0 V to 3.6 V40 A Deteccin de doble golpe Deteccin cada libre Dos pines de interrupcin

LIS331 6g , 12g, 24gDigitalSPI/ I2C32.16 V to 3.6 V10 A Dos pines de interrupcin Dodo de reposo SEFL-TEST

MMA74552g, 4g, 8gDigital SPI/I2C32.4 V 3.6 V400 A Dos pines de interrupcin Deteccin (golpe, vibracin y cada libre)

MMA76601.5gDigital I2C.32.4 V 3.6 V47 A Deteccin de orientacin Deteccin de golpe y sacudida

4. Cmo utilizar su nuevo acelermetro con Arduino.Si usted ha llegado a este punto ya tiene en proto o al menos en mente que sensor va a usar para su proyecto. Cmo ya vimos anteriormente cada sensor tiene ciertas caractersticas especiales que influyen a la hora de tomar una decisin por cual dispositivo irse. Pero no se dejar mentir que una de las principales aplicaciones que usted le va a dar a su sensor es para saber el ngulo en que se encuentra con respecto al vector de la gravedad.

4.1 Acelermetros Analgos.Empecemos por los que han elegido un acelermetro analgico, ya sea porque lo tienen desde antes que salieran los digitales o simplemente porque leyeron que son ms fciles de usar (eso yo le dije).

Todo sabemos que el acelermetro mide el cambio de velocidad, pero cuando este se encuentra esttico la nica aceleracin que detecta es la gravedad que tira hacia abajo de este.Usando esta aceleracin (gravedad) podemos calcular el ngulo de inclinacin del sensor con respecto al eje vectorial de la gravedad. !Ahora un poco de matemticas!.

Cmo vemos en la imagen cuando el acelermetro est en reposo, solamente la fuerza de gravedad acta sobre el sensor y solo sobre el eje Z. Entonces : x=0g y=0g z=1g

Pero una vez que inclinamos en sensor la fuerza de gravedad genera componentes vectoriales en los ejes x,y,z. son estos componentes los que ocupamos para poder estimar el ngulo de inclinacin que tiene el sensor con respecto a la fuerza de gravedad g y estos valores los voltajes que genera cada uno de los ejes al ser cometidos a la aceleracin, los cuales mediremos con nuestro cdigo que haremos en arduino .

4.1.1 Programacin para acelermetro analgico.(DESCARGAR).Una vez que tengamos conectado nuestro sensor al arduino por los pines analgicos, en la IDE empecemos a teclear el cdigo: Definimos los pines analgicos en los que estn cada uno de los ejes.#define xPin A4 // eje x en el pin analgico 4#define yPin A3 #define zPin A2 #define ST 2 //pin de activacin del sensor ADXL335

Definimos los mximos y mnimos valores del acelermetro para 1g de aceleracin.int minVal = 405; //valores obtenidos de una prueba anteriorint maxVal = 609;

Creamos tres variables tipo double para almacenar los ngulos en cada eje.double x; double y; double z;

En el setup pondremos.void setup ( ) { pinMode(ST,OUTPUT);digitalWrite(ST,LOW); Serial.begin(9600); }

En el loop leemos los valores analgicos de cada.int xRead = analogRead(xPin); int yRead = analogRead(yPin); int zRead = analogRead(zPin);

Convertimos las lecturas en valores proporcionales en el rango de -100 a 100. Esto lo usamos ms que nada para poder darle sentido a la inclinacin del sensor.int xAng = map(xRead, minVal, maxVal, -100, 100); int yAng = map(yRead, minVal, maxVal, -100, 100); int zAng = map(zRead, minVal, maxVal, -100, 100);

En la imagen se muestra el diagrama de cuerpo libre de los vectores que genera cada eje y aplicndole la tangente inversa a dichos vectores podremos calcular el ngulo en el que se encuentra el objeto.Como por ejemplo para calcular el valor del ngulo en el eje x con respecto al vector de gravedad sera : El comando antan2 Regresa el ngulo en radianes por lo que debemos convertirlo a grados. Tambin este comando est definido para cuando uno de los vectores sea 0; arroja un 0 o un 1 dependiendo del vector nulo.y = RAD_TO_DEG * (atan2(-yAng, -zAng) + PI); x = RAD_TO_DEG * (atan2(-xAng, -zAng) + PI); z = RAD_TO_DEG * (atan2(-yAng, -xAng) + PI);

Imprimimos por serial las lecturas.Serial.print(x: ); Serial.print(x); Serial.print( y: ); Serial.print(y); Serial.print( z: ); Serial.println(z);

4.2 Acelermetros digitales.Anteriormente vimos como leer y como usar esas lecturas para calcular al ngulo de inclinacin de un acelermetro analgico. Ahora veamos cmo obtener los mismo resultados con un acelermetro digital.En los acelermetros la interfaz de comunicacin puede ser I2C o SPI, cada una con caractersticas propias (como vienen explicado en los tutoriales de cada uno de ellos).Para este tutorial utilizaremos el sensor ADXL345 usando la interfaz I2C.

Diagrama de conexin del ADXL345 con el arduino UNO.Hay que tener en cuenta que al estar usado una interfaz digital los valores arrojados por el acelermetro ya no son voltajes variables; ahora son paquetes de bytes que vamos a leer por los pines SDA y SCL localizados en el A4 y A5 del arduino pero no se deje engaar estos pines sern usados como pines digitales no cmo analgicos. Una vez entendido esto y teniendo todo bien conectado vamos a proceder a desarrollar el cdigo.

4.2.1 Programacin para acelermetro digital.(DESCARGAR) Importamos la librera Wire.h que es la que tiene el protocolo para el I2C .#include

Definimos las direcciones de los registros que usaremos del sensor; estas vienen especificadas en la hoja de datos del fabricante.#define DEVICE (0x9D) // Direccin del dispositivo como se especifica en la hoja de datoschar POWER_CTL = 0x2D; //Registro de Control de Potenciachar DATA_FORMAT = 031;char DATAX0 = 032; //Dato Eje X 0char DATAX1 = 033; //Dato Eje X 1char DATAY0 = 034; //Dato Eje Y 0char DATAY1 = 035; //Dato Eje Y 1char DATAZ0 = 036; //Dato Eje Z 0char DATAZ1 = 037; //Dato Eje Z 1

Definimos los mximos y mnimos arrojados por cada eje, en el eje X y Y los valores son los mismos, pero en el eje Z no; as usaremos estos valores para despus escalarlos a los valores de los otros ejes, tambin definimos las variables donde se almacenaran los ngulos.byte _buff[6];int minVal = -142; int maxVal = 112;double X; double Y; double Z;

En el setup inicializamos la librera wire, la comunicacin serial y configuraremos ciertos parmetros del sensor.// unirse a bus i2c (direccin opcional para master)Wire.begin(); // inicia serial para la salida. Asegrese de que se ajust el Monitor Serial a la misma velocidad.Serial.begin(9600); Serial.print(init);

Nota: si usted no comprende aun muy bien cmo funciona el I2C puede checar nuestros tutoriales de interfaces digitales para una mejor explicacin.//Poner el ADXL345 en un rango de +/- 4G escribiendo el valor 001 al registro DATA_FORMAT. writeTo(DATA_FORMAT, 001);//Poner el ADXL345 en Modo de Medicin escribiendo el valor 008 al registro POWER_CTL.writeTo(POWER_CTL, 008);

Nota: writeTo es una funcin que contiene los el cdigo I2C para platicar con el acelermetro, esta funcin se mostrar mas abajo. En el loop ponemos lo siguiente:uint8_t howManyBytesToRead = 6;//lee los datos de aceleracin del ADXL345readFrom( DATAX0, howManyBytesToRead, _buff);

// cada lectura de eje viene con una resolucin de 10 bit, es decir, 2 bytes. Primero el Byte menos significativo!// de esta forma, estamos convirtiendo los dos bytes en un intint x = (((int)_buff[1])