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Microcontroladores PIC => * PROYECTOS * => Mensaje iniciado por: gera en 22 de Julio de 2011, 11:11:12
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Hola a todos!! Abro este hilo para compartir mis experiencias durante la construcción de un capaciflector. El tema comenzo en este (http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=35513.0) hilo, donde veiamos una de las posibles tecncias para medir capacidad. Por temas de organizacion, nos trasladamos a este.
Antes de empezar, les quiero comentar que hay muy poca información sobre este tema (al menos en español). Por lo tanto yo tengo tantas dudas como ustedes. La idea de este hilo es compartir mis experiencias, tanto las buenas como las malas. Por lo tanto, lo que voy a escribir a continuación, no está 100% libre de errores.
Bueno, comencemos:
Qué es un capaciflector?
Es sabido que podemos medir la proximidad a un objeto midiendo la capacidad que forma éste con una plancha de un material conductor. Este principio es el que utilizan los teclados/pantallas táctiles. Pero si necesitamos aumentar la distancia de sensado, este método no es eficaz, ya que la distancia requerida para que comience a notarse la variación de capacidad es muy pequeña (algunos mm).
Aquí es donde aparece el capaciflector, que utiliza básicamente el mismo principio, sólo que agrega una pequeña modificación para aumentar el rango de sensado. Se trata de un "reflector" (de ahí el nombre), que hace que las lineas de campo lleguen mucho más lejos, siendo así más sensible. Este "reflector" consiste en otra plancha de material conductor que se coloca al mismo potencial eléctrico que el sensor. De este modo, las líneas de campo se ven obligadas a "salir" del sensor, como se muestra en la imagen:
(http://www-cdr.stanford.edu/touch/previous_projects/capaciflector/cpcflctr.gif)
La capacidad del sensor se verá afectada ante cualquier objeto con una constante dieléctrica distinta a la del aire, que penetre en el campo eléctrico.
Esta clase de sensores tiene aplicaciones en robótica, donde el robot debe evitar colisionar con objetos cercanos, y en dispositivos de estacionamiento asistido que miden la proximidad de nuestro vehículo con otro.
Cómo se hace la medición
Existen muchas formas de medir capacidad. Una de las más sencillas es construyendo un oscilador cuya frecuencia varíe en función de la capacidad. El siguiente circuito muestra un oscilador de relajación construido con un amplificador operacional (el de la derecha), y un seguidor de tensión (el de la izquierda) que se utiliza para colocar el reflector al mismo potencial que el sensor.
(http://www-cdr.stanford.edu/touch/previous_projects/capaciflector/rel_osc.gif)
El período de oscilación aumentará conforme aumente la capacidad del sensor, la cual a su vez aumentará cuando se aproxime un objeto. Por lo tanto, el período es inversamente proporcional a la distancia del objeto (la variación es exponencial).
Construcción del sensor
Los materiales que utilice para construir el sensor son muy faciles de conseguir y baratos, estos son: una bandeja de telgopor (http://www.papeleralaslomas.com.ar/descartables/154descartableg.jpg), papel aluminio, cola vinilica, y un par de amplificadores operacionales (yo utilicé el LM358N).
(http://img641.imageshack.us/img641/2509/1002804uz.th.jpg) (http://imageshack.us/photo/my-images/641/1002804uz.jpg/)
Corté tres rectángulos de papel aluminio: uno de 13cm de largo y 6cm de alto que corresponde a la capa GND, otro de 8mm menos (tanto de largo como de alto) q el anterior para el reflector, y por ultimo otro de 8mm menos que el anterior para el sensor.
(http://img641.imageshack.us/img641/6118/1002809c.th.jpg) (http://imageshack.us/photo/my-images/641/1002809c.jpg/)
Luego intenté soldar un cable a cada plancha de aluminio, pero se me hizo muy dificil, el estaño no se adheria al aluminio. Asique lo mejor es perforar el papel con el cable, como si lo cosiéramos.
Después pegué todas las capas con cola vinílica como si fuera un sandwich, colocando las placas de la siguiente manera:
Telgopor - GND - Telgopor - Reflector - Telgopor - Sensor - Telgopor
(http://img832.imageshack.us/img832/2050/1002814q.th.jpg) (http://imageshack.us/photo/my-images/832/1002814q.jpg/)
Y listo!! A probarlo! Armé el oscilador de relajación, conecté todo y me puse a hacer pruebas. En principio funciona, al acercar mi mano se ve una variación en el periodo de oscilación (por lo tanto en la capacidad). Pero esta variación comienza a notarse cuando acerco mi mano a unos 5cm del sensor y no me convence. Los sensores de estacionamiento asistido tienen un alcance de 1 metro aproximadamente (aunque la superficie de estos son mucho mayores ya que se colocan detrás del parachoques)
Como ven en el segundo video, el aparato sólo es sensible en una de sus caras, ya que las líneas de campo son reflejadas en un solo sentido.
Calculo que puedo mejorar la distancia de sensado aumentando la superficie de las capas, probando con distintos materiales y formas.
Bueno, hasta aquí llego por hoy porque tengo q estudiar jeje. Después les cuento como me fue en las pruebas sucesivas.
Espero que les sea útil y a ver si alguien se anima a construir uno y experimentar :wink:
Saludos!!
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Me suscribo al hilo. Gracias por la info, Gera.
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Me suscribo al hilo. Gracias por la info, Gera.
++;
:D
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Lindo proyecto! Felicidades por el logro :)
Saludos!
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Continuando con las pruebas, se me ocurrió una forma muy sencilla y práctica para hacer experimentos: colocar las láminas de aluminio entre las páginas de una guía telefónica. De este modo puedo hacer pruebas con láminas de distintas dimensiones y a distintas distancias de separación de forma muy rápida sin tener que andar pegando y soldando. Asique ya no tienen excusa para no hacer sus propias pruebas!! jaja :D
(http://img838.imageshack.us/img838/8529/1002821k.th.jpg) (http://imageshack.us/photo/my-images/838/1002821k.jpg/)
Luego de muuuuchas pruebas, noté que la señal del oscilador es mucho más estable si las láminas tienen una distancia de separación relativamente grande, entre 5mm y 15mm (obvio q esto depende del dieléctrico, en este caso papel). A distancias menores, la señal comienza a tornarse ruidosa, y a mayores distancias disminuye la sensibilidad del sensor. También la sensibilidad aumenta si el área del reflector es bastante más grande que la del sensor (un poco menos del doble).
Les pongo otro mini video de una de las últimas pruebas:
Como ven, ahora la señal está linealizada. Esto lo hice sabiendo que la capacidad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Por lo tanto para encontrar la distancia hacemos:
d=k*sqrt(1/T)
Donde d es la distancia, k es una constante, y T es el período de oscilación. Aunque aplicar esta fórmula hace que para valores pequeños de T (distancias mayores), la resolución disminuya. En realidad la resolución es la misma, pero como la señal se amplifica, empezamos a notar "escalones" en la misma.
También se puede ver que por lo general, la distancia máxima de sensado es comparable con el tamaño del sensor. Si esto es cierto, explicaría por qué los sensores utilizados para estacionamiento asistido tienen tan buen alcance, teniendo en cuenta que el tamaño del sensor es del ancho del vehículo.
Por el momento esto es todo. Saludos!!
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Muy bueno, si señor. Sigo el hilo amigo gera.
Saludos
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Magnífico, Gera, enhorabuena.
¿A qué te refieres con esos sensores de aparcamiento asistido?
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Será lo que implementan algunos coches actuales como el Ford Focus y el Nissan Micra que supuestamente aparcan solos.
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Muchas gracias por los buenos comentarios :)
Será lo que implementan algunos coches actuales como el Ford Focus y el Nissan Micra que supuestamente aparcan solos.
No exactamente. Me refiero a esos sistemas que te avisan qué tan cerca estás de un vehículo próximo.
Fijense que el rango de este sensor es de aproximadamente medio metro.
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Los de los coches son por ultrasonidos, y llevan varios sensores independientes para no tener zonas muertas en las mediciones. Normalmente son 6 sensores dispuestos en las defensas, si te fijas veras como una especie de botones incrustados en las mismas.
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Los de los coches son por ultrasonidos, y llevan varios sensores independientes para no tener zonas muertas en las mediciones. Normalmente son 6 sensores dispuestos en las defensas, si te fijas veras como una especie de botones incrustados en las mismas.
yo tengo entendido lo mismo, estos son ultrasonicos, pero valdria la pena ver si se puede mejorar con un capaciflector, en tu ultimo video ya tienes una muy buena distancia de sensado, y en un area relativamente pequeña
gera, una pregunta, a que frecuencia estas enviando los datos a graficar en tu programa?.
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Pero un capaciflector probablemente no serviría para detectar un árbol, una bici, un poste o un bolardo; con el ultrasonidos está garantizado.
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supongo que el capaciflector funciona gracias a la caracteristica de derivacion a tierra.un cuerpo conductor como puede ser nuestra propia mano,si funciona.
pero me parece que si lo acercaramos a un cuerpo no conductor.no tendriamos medicion.
un coche mojado puede que si funcione.
pero si esta a pleno sol.y sin humedad en el ambiente,no creo que funcione.o se pierda mucha sensibilidad.
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se supone que funcina en base a la interrupcion de algun objeto en su campo, cualquier objeto que se acerque va a variar la frecuencia de respuesta del capaciflector.
en teoria es capaz de detectar cualquier objeto, pero la sensibilidad dependera del material del objeto.
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Como bien dice el amigo rivale, cualquier objeto, conductor o no conductor, altera el campo eléctrico, por lo tanto es sensado. Recuerden que el principio es distinto al de formar un capacitor entre una placa conductora y el objeto sensado (siendo este la masa). Aca el capacitor se forma entre el sensor y un plano de masa, y las lineas de campo son desviadas para que los objetos se "metan" en medio del capacitor y cambien su capacidad.
Los de los coches son por ultrasonidos, y llevan varios sensores independientes para no tener zonas muertas en las mediciones. Normalmente son 6 sensores dispuestos en las defensas, si te fijas veras como una especie de botones incrustados en las mismas.
Si, muchos de estos sensores son ultrasonicos, pero tambien los hay capacitivos utilizando este principio. Vean este sitio: http://www.parkingdynamics.co.uk/
Fijense que sensa arboles, postes, etc..
Saludos!!
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no sabia que tambien habia capacitivos para los automoviles, se ve muy bien el sistema y al parecer son mas fiables que los ultrasonicos :).
seria una muy
buena aplicacion para tu capaciflector :-/ :-/
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No lo había visto nunca. Pero me huele a chamusquina esa web, ¿tú los has visto de verdad, Gera?, ¿porqué será que los fabricantes siguen montando ultrasonidos?
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Si, muchos de estos sensores son ultrasonicos, pero tambien los hay capacitivos utilizando este principio. Vean este sitio: http://www.parkingdynamics.co.uk/
Fijense que sensa arboles, postes, etc..
Saludos!!
Esos sensores funcionan fenomenal, pero donde trabajo se han encontrado con un problema... y es el ruido electromagnetico, el cual no les sienta muy bien. Por eso se siguen usando ultrasonidos hasta donde yo se (por lo que me han comentado los compañeros del departamento).
Pero todo sera seguir desarrollando, al igual que en todas las cosas.
un saludo!
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Alguien me preguntó si se puede usar el capaciflector para determinar el material de un objeto. Estuve buscando y encontré esta patente (http://www.google.com/patents?id=_N4fAAAAEBAJ&printsec=abstract&zoom=4&source=gbs_overview_r&cad=0#v=onepage&q&f=false) donde muestra un método para averiguar las propiedades del objeto próximo al capaciflector.
Todavía no lo leo con detenimiento, pero parece muy interesante. Queda en la lista de pruebas por hacer ;)
saludos!
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:-) :-) yo habia preguntado por esa posibilidad, solo en teoria sabia que cada material afectaria en diferente forma la respuesta del capaciflector.
gracias por la info gera, lo voy a leer.
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muy buen post!! te felicito!!
por favor quisiera saber en que rango de frecuencias esta la medicion del circuito que realizaste en los videos?
te agradeceria ese dato
gracias
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Hola!! Dependiendo de las dimensiones del capaciflector, la frecuencia esta en el orden de los 20KHz a 200KHz. Mientras mas grande sea la superficie, mayor la capacidad y menos la frecuencia de oscilacion.
Saludos!
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gracias por ese dato :)
el valor apoximado de capacitancia que se podria tener, cual es? por ejemplo del tamaño que hiciste vos en el ejemplo.
es para un trabajo :o
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No tengo idea, pero sabiendo la frecuencia de oscilacion lo podes calcular :wink:
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Continuando con las pruebas, se me ocurrió una forma muy sencilla y práctica para hacer experimentos: colocar las láminas de aluminio entre las páginas de una guía telefónica. De este modo puedo hacer pruebas con láminas de distintas dimensiones y a distintas distancias de separación de forma muy rápida sin tener que andar pegando y soldando. Asique ya no tienen excusa para no hacer sus propias pruebas!! jaja :D
(http://img838.imageshack.us/img838/8529/1002821k.th.jpg) (http://imageshack.us/photo/my-images/838/1002821k.jpg/)
Luego de muuuuchas pruebas, noté que la señal del oscilador es mucho más estable si las láminas tienen una distancia de separación relativamente grande, entre 5mm y 15mm (obvio q esto depende del dieléctrico, en este caso papel). A distancias menores, la señal comienza a tornarse ruidosa, y a mayores distancias disminuye la sensibilidad del sensor. También la sensibilidad aumenta si el área del reflector es bastante más grande que la del sensor (un poco menos del doble).
Les pongo otro mini video de una de las últimas pruebas:
Como ven, ahora la señal está linealizada. Esto lo hice sabiendo que la capacidad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Por lo tanto para encontrar la distancia hacemos:
d=k*sqrt(1/T)
Donde d es la distancia, k es una constante, y T es el período de oscilación. Aunque aplicar esta fórmula hace que para valores pequeños de T (distancias mayores), la resolución disminuya. En realidad la resolución es la misma, pero como la señal se amplifica, empezamos a notar "escalones" en la misma.
También se puede ver que por lo general, la distancia máxima de sensado es comparable con el tamaño del sensor. Si esto es cierto, explicaría por qué los sensores utilizados para estacionamiento asistido tienen tan buen alcance, teniendo en cuenta que el tamaño del sensor es del ancho del vehículo.
Por el momento esto es todo. Saludos!!
Este tipo de sensor puede entregarte una buena idea de distancia del / los objetos a detectar??
Hacia atrás del sensor detecta también??
Si lo montas en una superficie metálica, baja la sensibilidad o se anula completamente ??
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Este tipo de sensor puede entregarte una buena idea de distancia del / los objetos a detectar??
La medicion no puede ser muy exacta, ya que depende del material del objeto próximo, así como de la temperatura, humedad ambiente, etc... Es util cuando se necesita saber si un objeto se esta aproximando, sin importar la exactitud de la medición.
Hacia atrás del sensor detecta también??
No, este sensor solo es sensible en una sola dirección, ya que el campo electrico es reflejado en un solo sentido. Al principio esta explicado el principio de funcionamiento, ahi te vas a dar cuenta el por que de esto.
Si lo montas en una superficie metálica, baja la sensibilidad o se anula completamente ??
Esa superficie metalica puede servir como la masa del circuito, por lo tanto todo depende como montes el shield. Pero si, basicamente cualquier objeto (conductor o dielectrico) altera la medicion.
Saludos!!
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Gracias!!
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muy interesante gera!