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programacion arduino uno con sensor ultrasonico para medir velocidad
Tipo: Resúmenes
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Diseño de un sistema cinemático utilizando el sensor HC-SR04 y Arduino
Lucano Alvarado Jhonatan, N00039087, jonay_1998@hotmail.com Medina Herrera Aniston Nadezhda, N00039045, N945423042@hotmail.com Narro Alcántara Jhon Cristhian, N00029075, Jhon_31love@hotmail.com Rojas Benavides Oscar Eduardo, N00039565, oscarrojasb80@gmail.com Vera Estrada Bryan Jhonatan, N00039153, jveraestrada4@gmail.com
Segundo Enrique Dobbertin Sánchez
5.1. Cinemática La palabra cinemática proviene del griego “kineema”, que significa movimiento. La cinética comprende una rama de la física que estudia el movimiento de los cuerpos en el espacio, independientemente de las causas que lo producen. Por lo tanto, se encarga del estudio de la trayectoria en función del tiempo. En el estudio de la cinemática los primeros en describir el movimiento fueron los astrónomos y filósofos griegos, los primeros escritos de la cinemática lo encontramos hacia los años 1605 donde se menciona a Galileo Galilei por su reconocido estudio del movimiento de caída libre y esfera de planos inclinados. Después de varios siglos este concepto fue ampliado por una serie de físicos hasta desarrollarse y adquirir una estructura propia. 5.2. Movimiento rectilíneo uniforme Un movimiento es rectilíneo cuando el móvil describe una trayectoria recta, y es uniforme cuando su velocidad es constante en el tiempo, dado que su aceleración es nula. Nos referimos a él mediante el acrónimo MRU. El MRU (movimiento rectilíneo uniforme) se caracteriza por: Movimiento que se realiza sobre una línea recta. Velocidad constante; implica magnitud y dirección constantes. La magnitud de la velocidad recibe el nombre de celeridad o rapidez.
Aceleración nula ⃗ r (^) f = ⃗ v t (^) ………………….(I)
5.3. Movimiento rectilíneo uniformemente variado El MRUV es aquel movimiento en que la velocidad varía uniformemente con el tiempo y, por lo tanto, la aceleración permanece constante. Características del MRUV. La trayectoria es una línea recta. La velocidad varía uniformemente. La aceleración es constante.
0 ±^ ⃗ a^ t ……………….(II)
a t ……………….(III)
2
2 ± 2 a ( ∆ ⃗ r )……………….(IV)
5.4.2. Segunda Ley de Newton La segunda ley de Newton se aplica en un gran número de fenómenos físicos, pero no es un principio fundamental como lo son las leyes de conservación. Aplica solamente si la fuerza es una fuerza neta externa. No aplica directamente en situaciones donde la masa cambia, ya sea perdiendo o ganando material o si el objeto está viajando cerca de la velocidad de la luz, en cuyo caso deben incluirse los efectos relativistas. Tampoco aplica en escalas muy pequeñas a nivel del átomo, donde debe usarse la mecánica cuántica. La segunda ley nos dice “ La fuerza neta que este actuando sobre un objeto le produce una aceleración que es inversamente proporcional a su masa y directamente proporcional a la magnitud de dicha fuerza” ∑ F →
→ …………………(VI) Donde: (^) ∑ ⃗ F = Suma^ de^ fuerzas^ , m = masa , a ⃗ = aceleraciòn Imagen 2: Fuente Google “YouBioit.com” 5.5. Sensor ultrasónico hc-sr Un sensor de ultra sonidos es un dispositivo para medir distancias. Su funcionamiento se base en el envío de un pulso de alta frecuencia, no audible por el ser humano. Este pulso rebota en los objetos cercanos y es reflejado hacia el sensor, que dispone de un micrófono adecuado para esa frecuencia. Midiendo el tiempo entre pulsos, conociendo la velocidad del sonido, podemos
estimar la distancia del objeto contra cuya superficie impacto el impulso de ultrasonidos Los sensores de ultrasonidos son sensores baratos, y sencillos de usar. El rango de medición teórico del sensor HC-SR04 es de 2cm a 400 cm, con una resolución de 0.3cm. En la práctica, sin embargo, el rango de medición real es mucho más limitado, en torno a 20cm a 2 metros. Los sensores de ultrasonidos son sensores de baja precisión. La orientación de la superficie a medir puede provocar que la onda se refleje, falseando la medición. Además, no resultan adecuados en entornos con gran número de objetos, dado que el sonido rebota en las superficies generando ecos y falsas mediciones. Tampoco son apropiados para el funcionamiento en el exterior y al aire libre. 5.6. Funcionalidad un sensor de ultrasonidos El sensor se basa simplemente en medir el tiempo entre el envío y la recepción de un pulso sonoro. Sabemos que la velocidad del sonido es 343 m/s en condiciones de temperatura 20 ºC, 50% de humedad, presión atmosférica a nivel del mar. Transformando unidades resulta
Es decir, el sonido tarda 29,2 microsegundos en recorrer un centímetro. Por tanto, podemos obtener la distancia a partir del tiempo entre la emisión y recepción del pulso mediante la siguiente ecuación.
El motivo de dividir por dos el tiempo (además de la velocidad del sonido en las unidades apropiadas, que hemos calculado antes) es porque hemos medido el tiempo que tarda el pulso en ir y volver, por lo que la distancia recorrida por el pulso es el doble de la que queremos medir.
Mientras que el montaje en una protoboard sería el siguiente. Imagen 5: Fuente Google
¿Se podrá construir un sistema cinemático utilizando el sensor HC-SR04 y Arduino además lograr identificar la velocidad, aceleración y distancia del objeto en estudio?
7.1. Objetivo general Se diseñará un sistema cinemático utilizando el sensor HC-SR04 y Arduino y identificaremos su velocidad, aceleración y distancia de un carro. 7.2. Objetivos específicos Construir un carril cinemático donde podamos tomar nuestros datos con facilidad Poder determinar la velocidad del objeto en estudio con los datos arrojados por el programa en una computadora. Instalación correcta de sensor HC-SR04 y Arduino y que esté conectado a una computadora
8.1. Tipo de investigación Experimental 8.2. Diseño de investigación El proyecto presenta un proceso experimental ya que para la comprobación de resultados se realizará diferentes pruebas con diferentes instrumentos. “La investigación experimental es la alteración de una variable experimental o varias al mismo tiempo, en un ambiente estrictamente vigilado por la persona que realiza el experimento. De esta manera el investigador puede evaluar la razón porque sucede algo en particular ”. (Rodrigues, 2013) En la investigación se muestra algunas variaciones por lo que se tendrá que realizar por varias ocasiones asta que los resultados sean favorables 8.3. Diseño y características de la maqueta 8.3.1. Material y equipos Carro Plataforma de aluminio Cable para conexión a internet Arduino Soporte bracket para sensor ultrasonido 3 masas Sensor Ultrasonido HC-SR Protoboard 830 puntos PCB 8.4. Elaboración de la maqueta Paso 1: Elaboración del carril en donde se realizará los experimentos y las diferentes pruebas. Paso 2: El armado de todos los equipos que reconocerán la velocidad del carro, este estará conectado a una computadora donde arrojará todos los datos. Paso 3: Modificación de las llantas del carro, se cambiará de llantas para que este se deslice con mayor facilidad, además se estabilizara estas llantas para que interrumpa el experimento.
Tabla 3: Tabla de cálculo de la velocidad
Formula de la velocidad Distancia (m) Tiempo (s) Velocidad (m/s) 0,11 1,00 0, 0,15 1,20 0, 0,19 1,40 0, 0,22 1,60 0, 0,26 1,80 0, 0,3 2,00 0, 0,35 2,10 0, 0,4 2,30 0, 0,45 2,50 0, 0,5 2,80 0, 0,57 3,00 0,
Se logro diseñar un sistema cinemático utilizando el sensor HC-SR04 y Arduino, identificando su velocidad y distancia de un carro. Se logro construir un carril cinemático donde se podrá tomar los datos con más facilidad. Se pudo determinar la velocidad del objeto en estudio, con los datos arrojados por el programa Arduino en una computadora. Se logro la instalación correcta del sensor HC-SR04 y Arduino, y la programación correcta para obtener los datos deseados.
