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Sensores - Medidores de distancia ultrasónicos - Sensores de ultrasonido
Descripción y funcionamiento
por Eduardo J. Carletti

Ver aquí información completa sobre -> Sensores para Robots

Rangers (medidores de distancia) ultrasónicos

Los medidores ultrasónicos de distancia y sensores de ultrasonidos que se utilizan en los robots son, básicamente, un sistema de sonar.

En el módulo de medición, un emisor lanza un tren de pulsos ultrasónicos —con una frecuencia en el orden de los 38 a 50 Khz— y el receptor espera el rebote. Se mide el tiempo entre la emisión y el retorno, lo que da como resultado la distancia entre el emisor y el objeto donde se produjo el rebote. Esta medición se calcula teniendo en cuenta la velocidad del sonido en el aire, que si bien varía según algunos parámetros ambientales, como la presión atmósférica, igualmente permite una medición bastante precisa.

Se pueden señalar dos clases de medidores, los que tienen un emisor y un receptor separados, y los que alternan la función, por medio de un circuito de conmutación, sobre un mismo emisor/receptor piezoeléctrico. Este último es el caso de los medidores de distancia que venían incluidos en las cámaras Polaroid "autofocus", que se utilizan (despiece mediante) en la experimentación personal de robótica.

Ejemplos característicos de sensores que se utilizan en robots:

  • 1. Los módulos de ultrasonido contenidos en las viejas cámaras Polaroid con autofoco, que se pueden obtener en el mercado de usados por poco dinero.
  • 2. Los módulos SRF de Devantech (SRF04, SRF05, SRF08, SRF10, etc.), que son capaces de detectar objetos a una distancia de hasta 6 metros, además de conectarse al microcontrolador mediante un bus I2C. El SRF08, por ejemplo, permite programar la dirección del dispositivo sobre el I2C, por lo que se pueden instalar varios sensores sobre el mismo bus.

Medidor de distancia ultrasónico SRF08

El SRF08, que posee una alimentación única de 5V, sólo requiere un consumo de 15 mA en el momento de funcionamiento y 3 mA mientras está en reposo. Este nivel de consumo representa una gran ventaja para robots alimentados por pilas. El módulo SRF08 incluye, además, un sensor de luz, que permite conocer el nivel de luminosidad. La medición de este sensor luminoso también se transmite usando el bus I2C, sin necesidad de recursos adicionales.

El control del módulo SRF08

La comunicación con el sensor ultrasónico SRF08 se realiza a través de un bus I2C. Este bus está disponible en la mayoría de los controladores del mercado, como BasicX-24, OOPic y Basic Stamp 2P, así como en una amplia gama de microcontroladores.

Para el programador, el sensor SRF08 se comporta de la misma manera que las EEPROM de las series 24xx, con la excepción de que la dirección I2C es diferente.

La dirección por defecto de fábrica del SRF08 es 0xE0. El usuario puede cambiar esta dirección y asignar 16 valores diferentes: E0, E2, E4, E6, E8, EA, EC, EE, F0, F2, F4, F6, F8, FA, FC o FE, por lo que es posible utilizar hasta 16 sensores sobre un mismo bus I2C.

Además de las direcciones anteriores, todos los sonares conectados al bus I2C responderán a la dirección 0, que es la dirección de atención general. Esto significa que escribir un comando de medición de la distancia para la dirección 0 de I2C (0x00) dará inicio a la medición en todos los sensores al mismo tiempo. Los resultados deben leerse de manera individual desde cada una de las direcciones reales de los sensores.

Otros sensores de esta familia son: SRF02, SRF04, SRF05, SRF10 y SRF235.


Módulo PING)))™ de medición de distancia de Parallax

El sensor de distancia por ultrasonidos PING)))™ de Parallax puede detectar objetos hasta tres metros de distancia. El módulo posee tres pines de conexión, dos para la alimentación de 5V y uno de E/S (entrada y salida digital), que se ultiliza para activar el senseo cuando es entrada y luego, cuando es salida, para emitir un pulso que indica que se ha recibido un rebote de la señal de ultrasonido.

La señal E/S (inicio/dato) se conecta a una línea en un puerto de microcontrolador que debe ser reconfigurada como salida para activar el sensor por medio de un pulso de medición, y luego como entrada para esperar el retorno de señal. El pulso de activación hará que el sensor emita un tren de ultrasonido. El sensor emite un pulso en la misma línea cuando recibe el rebote. Durante este lapso entre la activación y el retorno se mide el tiempo transcurrido, que será proporcional a la distancia existente hasta el primer obstáculo sobre el que ha rebotado el ultrasonido.

Vea también el artículo -> Prueba del sensor PING))) de distancia por ultrasonidos de Parallax con un PIC


Módulos ultrasónicos de medición de distancia de las cámaras Polaroid

Estos módulos de las cámaras con autofoco de Polaroid Corporation se han utilizado bastante en robótica, por lo menos hasta que aparecieron otros productos más o menos accesibles y más prácticos para conectar a los microcontroladores. Aunque se los encuentra en varios modelos diferentes de cámara, en las diversas implementaciones se utiliza más o menos el mismo diseño básico. Todos los módulos funcionan emitiendo 16 pulsos de 50 kHz poco después de la inicialización y usan un amplificador de ganancia variable y un umbral de nivel para recibir el pulso reflejado. Un pulso de salida da el tiempo promedio que tardó el sonido en ser reflejado desde el objeto más cercano.

Los módulos que se obtienen de las cámaras en general siempre funcionan, y se los puede conseguir por precios bastante accesibles.

En las ventas de usados (por Internet, en Argentina, ver MercadoLibre y DeRemate) se consiguen tres tipos básicos de cámara. En diversos sitios de la web se describen las modificaciones que se pueden realizar para aprovechar los módulos de la cámara Pronto OneStep y similares, y en otros lugares se pueden encontrar las adaptaciones necesarias para los modelos Sun Autofocus 660 e Impulse AF.

Los módulos de la cámara más antigua (Pronto OneStep) tienen una limitación electrónica, que es que se debe quitar la alimentación de la plaqueta para que se repita el ciclo de medición de distancia. Y también, en lo físico, la forma rara de la plaqueta y el hecho de que contiene circuitos para el control de obturador y el motor de arrastre. Otra limitación técnica en el circuito es que las señales de salida no son compatibles con la lógica TTL, ya que varían de 0 a 2V.

Durante algunos años Polaroid ofreció un módulo de medición de distancia de uso general, con la marca comercial "Series 6500", y una variedad de transductores para conectar en ellos. Eran bastante caros y ahora ya no los fabrican. Pero en las cámaras más recientes, como la "Sun Autofocus 660" o la menos común "Impulse AF", algunas de las funciones electrónicas de la cámara pasaron a estar en chips o en circuitos flexibles ubicados en varios sitios de la cámara, de modo que los módulos de medición de distancia quedaron más despejados, lo que hizo sus plaquetas muy similares a las del módulo Series 6500. Sin embargo, el circuito interno no es idéntico, de manera que se deben realizar algunas adaptaciones.


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