¿Cuál es la precisión de medida del Arduino?

Para contestar a esta pregunta deberíamos formular primero si lo que queremos saber es cuál es el menor cambio en una señal a medir capaz de producir una salida perceptible en el Arduino. A esto se le conoce comúnmente por el nombre de resolución.

Y esto nos lleva a la segunda pregunta, ¿de qué precisión estamos hablando, de la precisión de las entradas analógicas o de la precisión de las entradas digitales?

Si nuestra duda viene generada por la resolución de las mediciones que nuestro Arduino hace a través de las entradas analógicas, conviene primero hacer un pequeño repaso a los detalles concretos de la placa que estemos usando, puesto que está en la naturaleza de la placa que tengamos en la mano, la respuesta a nuestra pregunta.

Vamos a repasar juntos los detalles de la placa Arduino UNO y con el mismo método podremos resolver la pregunta para el resto de las placas disponibles.

La placa Arduino UNO lleva montado un microcontrolador del tipo ATmega328

Pues bien, si le echamos un vistazo a la hoja de datos del ATMEL de este micro, veremos que lo primero que nos indica, si le echamos un vistazo a la sección de periféricos (Peripheral Features en inglés), esto es de las estructuras que usa para conectarse con el mundo exterior, es que si nuestro encapsulado es del tipo PDIP (Dual-In-Line), el conversor que usa para transformar las señales analógicas en digitales es de 6 canales y de 10 bits.

Por lo que al menos físicamente parece que encaja con la imagen de la tarjeta que tenemos en la mano, y con el número de pines analógicos identificados en la placa : A0, A1, A2, A3, A4 y A5.

Pero y ¿qué significa "10-bit ADC"? ¿estará ahí la respuesta a nuestra pregunta sobre la precisión de medida de nuestro Arduino?

Para contestar a esta pregunta tenemos que volver a la presentación que hicimos sobre los tres pasos de la conversión analógica digital que estuvimos viendo en entradas anteriores:

1.- Muestreo (ver entrada)
2.- Cuantización de la señal (ver entrada)
3.- Codificación binaria de la señal (ver entrada)

Primero muestramos la señal, luego ajustamos las medidas a unos valores concretos y finalmente transformamos estas medidas en números binarios para que sean procesables por nuestro Arduino.

Pues bien, es desde aquí desde donde podemos contestar a nuestra pregunta sobre la precisión de nuestra medida.

Imaginemos que estamos intentando medir una señal eléctrica pero solo tenemos un multímetro de juguete que tiene tres LEDs que se iluminan cuando la tensión es mayor o igual a 1,  3 y 5voltios respectivamente.

Si traducimos este sistema de LEDs al lenguaje binario,  cuando no se encienden, entenderíamos que es 0 voltios, y se traduce por un 00, cuando se encienda 1 LED entenderíamos que es mayor o igual a 1 voltios y lo traduciríamos por 01 en binario, cuando se encienden 2 LEDs, entenderíamos que es mayor o igual a 3 voltios y lo traduciríamos en binario por 10,  y por último cuando se encendieran los tres,  entenderíamos que es mayor o igual a 5 voltios, y  lo traduciríamos por un 11 al lenguaje binario. 

Con este sencillo multímetro de LEDs binarios, estaríamos traduciendo nuestra señal con un conversor analógico digital de 2 bits.

Pero una cosa es lo que mido y otra cosa bien distinta es lo es. Teniendo en cuenta que mi sistema de LEDs no admite "decimales" o bien se enciende o bien está apagado, estamos perdiendo parte de la realidad, y con los datos obtenidos, la señal original podría ser cualquier cosa comprendida en estos puntos. Un par de ejemplos los podríamos ver a continuación:

Con los mismos resultados, no seríamos ni tan siquiera capaz de asegurar la periodicidad de la onda, no ya la forma, que como podríamos ver podría ser cuadrada, triangular, periódica o totalmente irregular, etc...  

En definitiva con un conversor ADC de 2 bits, solo podríamos medir bien señales que de antemano supieramos la forma concreta, y nos sería imposible identificar si la señal es periódica o no.

Pues bien, imaginemos que ahora vamos a la tienda donde compramos nuestro medidor de juguete y les compramos otro que tenga al menos 7 LEDs, de modo que podamos medir mejor las medidas intermedias.

Pues bien, si ahora volvemos a medir nuestra señal, lo que tendremos sería algo así como esto

Con este nuevo juguete, hemos podido convertir nuestra señal analógica a una digital con el equivalente a un conversor analógico digital de 3 bits. Cuando está todos los LEDs apagados sería el equivalente binario de un 000, cuando se enciende uno sería el 001, cuando se enciende dos sería el 010, ... así hasta cuando se enciende el séptimo tendríamos un 111.  No está mal.

Y al a vista de la gráfica, empezamos a pensar que la señal podría ser periódica,  pero si miramos más detenidamente, vemos que en esos resultados caben muchas opciones, por ejemplo una función senoidal, o una triangular.

Entonces, ¿por qué no usar un multímetro que tenga "miles" de LEDs?, ¿qué pasaría entonces? Pues sucedería que los valores intermedios estarían tan pegados que podríamos reproducir la señal con muchísima fiabilidad.  A mayor número de bits, mayor cantidad de niveles intermedios de medid

En la siguiente figura podemos ver la diferencia entre usar un conversor ADC de 3 bits y uno de 16 bits. O lo que sería equivalente, un multímetro con capacidad para medir 65,536 valores intermedios.

Pues bien, vamos a regresar al principio y vamos a ver qué tipo de conversor ADC teníamos integrado en nuestro Arduino.

Nuestro conversor era de 6 canales, esto es que puede manejar simultáneamente 6 pines analógicos y de 10 bits, esto es que es capaz de manejar 2 elevado a 10 valores intermedios de tensión. ¿Y esto cuántos pasos son?, pues 1024 diferentes de tensión. Así que si ya hemos visto como de preciso es un conversor de 2 bits y uno de 3, ¿cuánto lo será uno de 10 bits?

La respuesta es una simple cuenta. Si dividimos los 1024 escalones (correspondientes a los 10 bits de resolución del conversor) entre los 5 voltios máximo que admite la entrada analógica, significa que convertirá tensiones entre 0 y 5 voltios a un número entero entre 0 y 1023. Esto proporciona una resolución en la lectura de: 5 voltios / 1024 unidades, es decir, 0.0049 voltios (4.9 mV) por unidad.

De modo que volviendo al comienzo, podemos decir que gracias al conversor ADC de 10 bits,  el menor cambio en tensión que es capaz de producir una salida perceptible en el Arduino, sería 4,9mV.

Y ahora qué sabemos cuál es la resolución del Arduino UNO, ¿cuál es la resolución del resto de las versiones de placas de Arduino disponibles?

Echémosle un vistazo a la descripción de cada una de ella:

Podemos ver que sólo en la versión Arduino Due, se ha incorporado un conversor ADC de 12 bits, y dado que funciona con tensiones máximas de 3.3 voltios en lugar de 5 voltios del resto de las versiones de Arduino, si hacemos los cálculos 3.3/ 4096, nos dará que si usamos la versión Due, podremos trabajar con resoluciones de tensión de 0,8mV.  

En próximas entradas veremos un truco para mejorar la resolución del Arduino UNO sin necesidad de adquirir una Arduino DUE, cuando las señales analógicas trabajen con tensiones inferiores a los 5 voltios, y cómo comprobar experimentalmente el resultado de estas mejoras.

Y ya sabéis, si tenéis alguna sugerencia o duda, no tenéis más que mandarnos un correo a

e intentaremos responder a vuestra pregunta lo antes que podamos. 

Conversión analógica digital - ADC - Codificación binaria de la señal

Conversión analógico digital

Una vez aclaradas las diferencias básicas entre la tecnología analógica y la digital,  cómo muestrear la señal analógica,  y cómo cuantificarla, veamos ahora cómo se efectúa el último paso, el de la codificación binaria de la señal.

Como vimos en la primera entrada, nuestro Arduino, tiene, como cualquier sistema físico, unos recursos limitados con los que procesar la información, de modo que es incapaz de memorizar todas las variaciones de cualquier señal a lo largo de todo los instantes de tiempo. Para ello, emplea el sistema de muestreo que vimos en el primer paso. Es el equivalente a lo que se hace en el cine, cuando se toma 24 fotos por segundo cuando se rueda una película y eso nos crea la ilusión, cuando se muestran uno tras otro rápidamente, de ver un movimiento fluido y natural.

Luego vimos que además de esta limitación en la cantidad de "fotos" que puede tomar por segundo, tenía la limitación de que no puede medir todos los posibles valores que la señal tuviera en el instante de la "captura" y para hacer estas mediciones más rápidas, los resultados se aproximan a una serie de posibles resultados discretos. Es lo que llamamos cuantización de la señal.

Si seguimos con el símil del cine, es como si nuestra cámara cuando revelara las fotos solo imprimiera un conjunto sólido de colores fijos: todo negro, todo blanco, todo amarillo, todo rojo, .... Por lo que cualquier escena sería simplificada al color fundamental más abundante en la imagen. A fin de cuentas es el modo en cómo se procesan las imágenes digitales. Pero para permitirnos identificar nos solo colores sino también formas, se trocea la imagen en pequeños puntos llamados pixeles. La suma de todos ellos en la pantalla, nos crea la sensación de estar presenciando una imagen real, aunque solo es una matriz gigantesca de puntos de colores concretos.

En el tercer y último  paso que realiza el Conversor Analógico Digital ADC (Analog-to-Digital Converter - ADC en inglés), veremos como estos valores numéricos discretos son a su vez convertidos al sistema binario.

1.- Muestreo (ver entrada)
2.- Cuantización de la señal (ver entrada)
3.- Codificación binaria de la señal

Recordemos que un sistema binario, cada valor numérico tiene su traducción en ceros y unos. Veamos el ejemplo de como traduciríamos los 256 primeros números (rango de 0 a 255).

Pues  bien con este traductor en la mano, los valores cuantizados obtenidos tras el proceso de muestreo se convertirían en cadenas de ceros y unos. Que es el único idioma que la electrónica digital es capaz de entender.

Y de este modo una señal analógica con infinitos valores intermedios distribuida sobre un continuo infinito de instantes de tiempo, quedaría para nuestro Arduino traducida en una secuencia finita de valores binarios como los que se presentan en la siguiente imagen.



En la próxima entrada veremos un ejemplo de cómo Arduino usa lo que hemos visto con las señales eléctricas que recibe por sus pines analógicos.

Y ya sabéis, si tenéis alguna sugerencia o duda, no tenéis más que mandarnos un correo a

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Conversión analógica digital - ADC - Cuantización de la señal

Conversión analógico digital

Una vez aclaradas las diferencias básicas entre la tecnología analógica y la digital,  y cómo muestrear la señal analógica, veamos ahora cómo se efectúa el proceso de cuantizar al señal.

Es el segundo paso que realiza el Conversor Analógico Digital ADC (Analog-to-Digital Converter - ADC en inglés) 

1.- Muestreo (ver entrada)
2.- Cuantización de la señal

La cuantización (también llamada cuantificación) es la conversión de una señal discreta en el tiempo evaluada de forma continua a una señal discreta en el tiempo discretamente evaluada. El valor de cada muestra de la señal se representa como un valor elegido de entre un conjunto finito de posibles valores. 

Y esto es importante no olvidarlo porque, limitará los valores registrados a un número limitado de valores específicos. De modo que el resultado medido, no será tampoco el resultado real de la señal en ese momento, sino el valor más cercano. Viene a ser como si tuviéramos una regla y solo pudiéramos medir centímetros, pero no valores intermedios.

De este modo, en este punto ya llevamos hecha dos aproximaciones, 

• la primera, haber seleccionado solo unos puntos concretos para muestrear la señal, y
• la segunda, aproximar nuestras mediciones a un conjunto limitado de valores fijos.

Se conoce como error de cuantificación, a la diferencia entre la señal de entrada (sin cuantificar) y la señal de salida (ya cuantificada). Lógicamente, igual que vimos en el primer paso, el muestreo, que cuanto mayor sea, más fidedigna será la reproducción de la señal, en este segundo paso, cuanto menor sea el error de cuantificación, mejor. En este capítulo, Arduino te permite trabajar un poco. Ya lo veremos cuando presentemos la función "map".

En la próxima entrada veremos el último paso, y es cómo codificar la señal muestreada en código binario.

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Conversión analógica digital - ADC - Muestreo

Conversión analógico digital

Una vez aclaradas las diferencias básicas entre la tecnología analógica y la digital, veamos ahora cómo se efectúa el proceso de conversión de una tecnología a otra.

La tarea la realiza un componente llamado Conversor Analógico Digital ADC (Analog-to-Digital Converter - ADC en inglés) y la ejecuta en tres pasos:

1.- Muestreo de la señal analógica

Para convertir una señal analógica en digital, el primer paso consiste en realizar un muestreo (sampling en inglés) de ésta, o lo que es igual, tomar diferentes muestras de tensiones o voltajes en diferentes puntos de señal que vamos a procesar.

Cuantos más puntos tomemos mejor aproximación a la forma original podremos hacer

Es por ello por lo que a la hora de evaluar la fiabilidad de la "traducción" digital que hayamos hecho, debemos tener en cuenta siempre la frecuencia de muestreo que estamos usando. Que no es más que la cantidad de puntos que estamos tomando por unidad de tiempo.  

Veamos en otro ejemplo, cómo de diferente podríamos imaginarnos la señal original dependiendo si tomamos 10, 6 ó 2 puntos para muestrearla

Entonces ¿por qué no tomar 1000 puntos y así reproducir mucho mejor la señal? 

• A más puntos más memoria vamos a requerir, por lo que lo inteligente es no consumir más recursos de los estrictamente necesarios para "traducir" la señal la calidad que necesitemos. 
• A más puntos más velocidad de captura y más velocidad de escritura, es lo que se viene a llamar ancho de banda. Ancho de banda mayores, requiere de componentes más avanzados y por lo tanto más caros. Y en este sentido, las limitaciones físicas vendrán dadas por nuestro propio Arduino.

El número de muestras por segundo se conoce en inglés como el bit-rate.
 
En la próxima entrada veremos el segundo paso y cómo cuantizaremos el valor de la señal en los puntos de muestreo seleccionados.

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Conversión analógica digital - Midiendo el mundo analógico

La mayor parte de los microcontroladores tienen un conversor analógico-digital (analog to digital converter, ADC en inglés) para permitirnos convertir una tensión analógica de variación continua, a la que se suele definir como señal (por ejemplo la temperatura de una habitación) en un valor digital dentro de un rango definido a una velocidad de captura concreta, llamada frecuencia de muestreo.  En el ejemplo de la temperatura de nuestra habitación, sería las veces que nuestro microcontrolador mide la señal, o dicho de otro modo, la cantidad de veces por segundo que nuestro Arduino mide cuál es la temperatura de nuestro cuarto.

Así dicho no parece un parámetro importante, a fin de cuentas la temperatura no suele cambiar demasiado rápidamente a lo largo del día. Es verdad, pero si en lugar de medir la temperatura estuviéramos midiendo la deformación de un vehículo durante su impacto contra un muro, probablemente ahí todo fuera diferente, la carrocería se deforma muy rápidamente  y capturar la deformación mecánica de ciertas partes del coche, antes de que se convierta en chatarra, podría hacer que los ingenieros pudieran mejorar la seguridad del mismo.  Es por ello por lo que tan importante es saber identificar no solo la naturaleza y magnitud de la señal, sino como la frecuencia a la que vamos a necesitar digitalizarla: frecuencia de muestreo. Ver detalles en la entrada Conversión analógica digital - ADC - Muestreo.

El tiempo que transcurre entre una muestra y la siguiente se denomina periodo de muestreo, y es el inverso de la frecuencia de muestreo.

 

pero no solo es importante ver cuanto de rápido cambia la señal que quiero analizar para escoger bien la frecuencia de muestreo apropiada, también es importante saber de forma anticipada en qué rango de trabajo vamos a trabajar. No es lo mismo que queramos medir la fiebre de una persona, que a fin de cuentas sabemos que estará en el rango de 36-43 ºC, que intentar medir la variación de temperatura de un litro de agua mientras que lo voy calentando, que posiblemente esté en el rango de 0-100ºC. 

En nuestro Arduino, los rangos de tensión que podemos manejar varían de una placa a otra, y en unos casos, como es el caso del Arduino UNO, la entradas analógicas permiten medir tensiones en el rango de 0 a 5 voltios, siendo, en caso de requerir medir tensiones superiores, necesario implementar soluciones del tipo divisores de tensión.

Conocer de forma anticipada el rango de trabajo en el que vamos a trabajar nos va a evitar muchos problemas graves y quizás darnos muchas alegrías, como veremos más adelante en la entrada donde explicamos como mejorar la resolución de nuestra placa.

Y es este el siguiente punto importante a tener en cuenta cuanto vamos a hacer mediciones analógicas,  la resolución de la medida. Es importante definir con antelación cuál es la resolución requerida cuando vayamos a analizar una señal,  no es lo requieres la misma resolución para medir la longitud de un puente, que para medir el tamaño de un pelo. En el primer caso, con una resolución de metros será suficiente, por ejemplo 136 metros, y en el segundo caso necesitarás que sea del orden de 0.01 milímetros, a fin de cuentas, el diámetro medio de un cabello en un joven es 0.1mm y en una persona anciana la mitad, por lo que si usamos como unidad de medida el metro, parecerá que todos estamos calvos, porque nos saldría 0 metros (0,00001m). Ver detalles en la entrada resolución de la medida del ADC.

Por lo que podemos resumir que, en general, hay tres cosas que nos interés para medir una señal:

1. Cuántas veces por segundo vamos a requerir hacer la medida: frecuencia.
2. Cuál es la resolución de la medida que vamos a requerir.
3. Cuál es el rango de trabajo de la señal que queremos medir.

En la siguiente entrada vamos a repasar uno a uno estos conceptos, para luego poder saltar a presentar el ADC (conversor analógico digital en inglés) que el microcontrolador de nuestra placa Arduino usa, así como sus ventajas y sus inconvenientes.

Dígitos binarios

En los circuitos digitales, a diferencia de los analógicos, se emplean dos niveles de tensión distintos para transmitir la información. Los dos dígitos del sistema binario, 1 y 0, se denominan bits.  Su equivalente humano sería como si todas las preguntas que quisiéramos hacer solo pudieran ser contestadas con un Sí o un No.

Un 1 se representa por un nivel de tensión más elevado, que se denomina nivel ALTO (HIGH en inglés), y un 0 se representa por un nivel más bajo de tensión, que se denomina BAJO (LOW en inglés). Este convenio recibe el nombre de lógica positiva.

Al sistema mucho menos común, en el que un 1 se representa por un nivel BAJO y un 0 por un nivel ALTO se le denomina lógica negativa.

Los grupos de bits, llamados códigos, se emplean para representar números, letras, símbolos, instrucciones y cualquier otra cosa que se requiera en una cierta aplicación.

Las tensiones que se utilizan para identificar qué son unos y qué son ceros, reciben el nombre de niveles lógicos. Así un nivel de tensión representará el nivel alto (H) y el otro nivel de tensión representará el nivel bajo (L).

Pero aunque sobre el papel es sencillo, en la vida real las señales eléctricas no son perfectas y las pérdidas, los ruidos electrónicos, etc, pueden hacer que estas tensiones nominales se vean ligeramente alteradas, por los que para que nuestra electrónica puede convivir con ello, será necesario que sepa discriminar con unas simples reglas qué es cada cosa. De modo que esas pequeñas variaciones de tensión no varíe el resultado.

En la próxima entrada veremos cómo son estos niveles lógicos.

Y ya sabéis, si tenéis alguna sugerencia o duda, no tenéis más que mandarnos un correo a

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Sensor de distancia infrarrojo GP2Y0A21YK0F - Sketch

En entradas anteriores ya hemos presentado las características más relevantes del sensor de distancia infrarrojo GP2Y0A21YK0F, sus limitaciones y cómo podemos conectarlo a nuestra placa Arduino.


Hoy vamos a ver como escribir un sketch sencillo para empezar a obtener datos rápidamente.


Pero antes, volvamos al principio, volvamos al datasheet the SHARP y la recomendación qu identificamos cuando estuvimos haciendo la presentación del mismo.

Sin entrar en detallar el valor de los condensadores entre las líneas de alimentación y el valor de los condensadores para filtrar los ruidos electrónicos (que no son más que falsas perturbaciones en la señal que puede ser interpretada como información y no lo son), podemos decir que para este sensor de distancia de SHARP, lo recomendable no solo es ponerle el condensador electrolítico de 10 microfaradios sino además ponerle uno cerámico de 100 nanofaradios, entre la alimentación y el GND, además de una pequeña resistencia de 10 ohms (tal como aconseja el fabricante bq).

Es posible que si no los ponemos, no tengamos mayores problemas, si nuestro Arduino no tiene muchos más sensores o motores montados, pero podría ser que no fuera ese nuestro caso y el sensor empiece a comportarse de forma extraña.

Por ello y como no va a hacer ningún mal al dispositivo, si tenéis algo a mano, lo recomendable es montarlo. En otra entrada intentaremos caracterizar el impacto de esta mejora de forma cuantitativa.

Dicho esto,  a continuación hemos incluido la versión más simplificada del código que podéis usar para detectar obstáculos con este sensor. Viendo el tipo de datos que suministra que da, no nos resultará complicado implementar algunos comportamientos a nuestro robot.

Pero si lo que vais persiguiendo no es solo detectar obstáculos sino medir a las distancias a las que se encuentran, la tarea es un poco más complicada, por dos razones:

1. Como vimos en la introducción, el comportamiento de la señal no es lineal, por lo que tendremos que empezar primero calibrando la respuesta en todo el rango de medidas, una vez hecho esto, tendremos nuestro "traductor" personal

1. Como las medidas pueden estar sujetas a ruidos electrónicos que provoquen resultados erróneos, tendremos que implementar un sistema de corrección en el sketch por un procedimiento de medidas medias, esto hará que consumamos un poco más de los recursos iniciales previstos (aunque muy probablemente ni lo notemos)

Así que en la próxima y última entrada, presentaremos el procedimiento de calibración y ajuste de las medidas.

Y ya sabéis, si tenéis alguna sugerencia o duda, no tenéis más que mandarnos un correo a

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/*
 
 Sensor de distancia infrarrojo Sharp GP2Y0A21
 
 VCC conectado a Arduino 5v 
 GND conectado a Arduino GND
 Salida analogica conectada al pin analogico de Arduino A0 
 
 Creado el 13 de septiembre de 2015
 por M.Dominguez 
 
*/


// Vamos a empezar definiendo las variables que vamos a usar en nuestro Sketch


int salida = 0; // Es el PIN analogico que vamos a usar para detectar


// Ahora configuramos el bloque setup 
// que es la parte del sketch donde decimos que pines vamos a usar
// y si son analogicos (ANALOG) o digitales (DIGITAL)
// si son de recepcion (INPUT) o (OUTPUT)
// si vamos a comunicarnos por el puerto serie o no
// (y asi poder ver leer por el monitor los resultados)
// etc


void setup(){
  Serial.begin(9600);
  
  // Gracias al puerto serie, podemos leer lo que Arduino recibe por sus canales 
  // Abre un puerto de comunicacion serie 
  // y espera a que se abra
  // y le estable la velocidad de transmision 
  // de esta informacion en baudios
  // un baudio es un bit por segundo 
  // En este caso a 9600 baudios
}

// Configuramos el bloque loop
// Es la parte principal de nuestro programa pues en el tendremos 
// que poner el código para que el microcontrolador lo ejecute las ordenes

// que le demos lo ejecute de manera repetitiva, 

// mientras la placa Arduino tenga energía

void loop(){
  int val = analogRead(salida); // aqui lo que hacemos es definir la variable
  // local, esto es que solo se utilizan en esta parte del codigo
  // y le dice al microcontrolador que tanto la 
  // duracion como la distancia, van a ser numeros enteros (INT)
  Serial.println(val); //pintamos en el monitor serie el valor que obtenemos
  delay(100); // y con objeto de que no vaya demasiado rapido, hacemos que se 
  // pausando  100 milisegundos antes de comenzar otra lectura

}

Sensor de distancia infrarrojo GP2Y0A21YK0F - Conexionado

Tras la introducción que hicimos en nuestra entrada anterior, vamos a ver ahora cómo deberíamos conectar nuestro sensor GP2YA021YK0F a la placa Arduino y qué clase de código deberíamos emplear para obtener resultados de visibles a través de nuestro monitor serie.

Lo primero es echarle un vistazo de nuevo al datasheet del sensor a ver si podemos identificar cuál es el pin-out del mismo.

En la segunda página de la hoja de características del sensor (datasheet en inglés) no solo podemos encontrar las dimensiones del mismo, sino que además vemos que se detalla qué clase de conector trae montado (del tipo PH del fabricante JST) y además define la función de cada uno de los pines.

poco después declara el tipo de alimentación (supply voltage en inglés) que recomienda. La tensión de alimentación debe encontrarse en el rango desde 4,5 voltios a 5,5 voltios.

Lo cual hace de este sensor un candidato fantástico para nuestra placa Arduino. Dado que es capaz de suministrar 5 voltios por medio de nuestras salidas digitales (aunque si quisiéramos usar una fuente externa parece ser que el mismo podría regular la tensión de algún modo gracias al propio regulador que el mismo sensor tiene embebido. Esto lo podemos ver en su diagrama de bloques, ver imagen a continuación. El diagrama de bloques básicamente es un descripción esquemática de todas las funcionalidades individuales que se han implementado en el diseño del dispositivo).

Aunque esta opción siempre es preferible dejarla como última alternativa, no creemos que pueda regular mucho más allá de un par de voltios por encima de los 5 requerido, y si la fuente que vamos a usar tampoco está regulada podríamos acabar por destruir nuestro sensor.

Pues bien, visto esto, ahora solo queda lo más sencillo, el cableado:

1. conectaremos el cable Vcc a un PIN de 5voltios, 
2. conectaremos el pin GND a un PIN GND de la placa y por último 
3. conectaremos el pin 1, el dedicado a la señal analógica que genera, a un PIN analógico de los que tengamos en nuestra placa, nosotros hemos seleccionado el PIN A0.

En la próxima entrada propondremos un sketch simple que nos permitirá evaluar los resultados que podemos obtener con este tipo de sensores. 

Y ya sabéis, si tenéis alguna sugerencia o duda, no tenéis más que mandarnos un correo a

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Sensor de distancia infrarrojo GP2Y0A21YK0F - Introducción

Hace ya algún tiempo que estuvimos presentando como funcionaba el sensor ultrasónico HC-SR04 y un sketch que podríamos usar para verlo en acción.  Con este sensor ultrasónico, podíamos medir un rango de distancias sensible entre 3cm y 3m con una precisión de 3mm.

Y como ya explicamos en su momento, funciona del mismo modo que lo hacen los murciélagos, esto es, enviando un ultrasonido (inaudible para el oído humano por su alta frecuencia) a través de uno de la pareja de cilindros que compone el sensor (un transductor) y espera a que dicho sonido rebote sobre un objeto y vuelva, retorno captado por el otro cilindro. 

Pues bien hay situaciones en las que nos podría interesar no tanto medir la distancia real a la que estamos de un obstáculo sino más bien si hay alguno lejos, cerca o muy cerca, y en función de los resultados tomar decisiones sobre la marcha de nuestro robot. Este tipo de enfoques no permitiría un procesado más rápido de la señal, y menos recursos computacionales de los datos. Debemos de tener en cuenta que para calcular la distancia a la que se encuentra un obstáculo usando el sensor ultrasónico, debemos emitir un pulso sónico, esperar el eco, y luego con sabiendo que la velocidad del sonido en el aire es de valor 340 m/s, o 0,034 cm/microseg (ya que trabajaremos con centímetros y microsegundos) y que la formula de la velocidad es

Tendremos el espacio de ida y vuelta recorrido por nuestro pulso ultrasónico, 

ahora tendremos que dividirlo entre dos para saber la distancia a la que se encuentra (recordemos que el pulso va y viene, por lo que la distancia del obstáculo es la mitad de la recorrida por nuestro pulso de ida-detección-vuelta-notificación)

Además, como el pulso se genera siempre a una frecuencia dada, imaginaros si tenemos tres o cuatro sensores ultrasónicos a la vez, cada uno mirando a un lado de nuestro robot, sin duda alguna correremos el riesgo de que ciertos ecos de un sensor se reciban por otro sensor y los interprete como propios, por lo que adicionalmente a los recursos que nuestro Arduino debe emplear para el cálculo de la distancia, tendremos que implementar otros filtros a nivel de programación para identificar los falsos ecos y descartarlos.

Por todo ello, a veces solo queremos saber si hay o no hay un obstáculo y hacerlo muy deprisa. Por ejemplo si estamos diseñando un seca manos que necesita ver si un cliente tiene las manos en el rango de trabajo del secador.

Para ello podríamos pensar en buscar algún sensor que funcionara con luz en lugar de con sonido. Todos sabemos que la velocidad de la luz es casi un millón de veces más rápida que la del sonido (es la razón de que vemos primero el relámpago y luego escuchamos el trueno). 

Pues bien, la empresa SHARP tiene diseñado una serie concreta para rangos de trabajo diferentes. Tres ejemplos de ellos los mostramos a continuación

1. De 4 a 30 cm, el GP2Y0A41SK0F
2. De 20 a 150 cm, el GP2YA02YKF
3. De 10 a 80 cm, el GP2YA021YK0F

Y hemos presentado estos tres por que son los tres que vienen con terminación en conectores de la serie PH del fabricante JST, 

que nos permitiría implementar el mismo tipo de conexionado independientemente del rango de distancias y sensor que vayamos a usar. Todos ellos tienen el mismo configuración de los pines (lo que se conoce por el pin-out).

Adicionalmente y con objeto de que lo podamos usar en distintas configuraciones el propio POLULU ha diseñado diferentes escuadras para poder anclarlo en la forma que más nos apetezca

de este modo, podríamos situarlos como vemos a continuación, 

O mejor, si lo colocamos encima de un servomotor, podremos con un solo sensor de infrarrojos mapear todos los obstáculos que se encuentren a nuestro alrededor.

Visto la parte mecánica, ahora echemos un vistazo a la parte eléctrica. De estos tres modelos que hemos presentado, nos vamos a centrar en el rango intermedio de 10 a 80 centímetros ofrecidos por POLULU:  GP2YA021YK0F.

Las características más relevantes del mismo son:

Parámetros	Valor
Rango de distancia	10 – 80 cm
Velocidad de muestreo	26 Hz
Rango de tensión de trabajo	5.5 – 4.5 voltios
Consumo de corriente	30 mA
Tipo de salida	Analógica
Diferencia de tensión entre extremos	1,9 voltios (80 cm contra 10 cm)

Lo primero que nos salta a la vista es el consumo del sensor 30 mA. Si recordamos lo que vimos en entrada en la que estuvimos viendo las limitaciones de potencia eléctrica, aunque no debemos sobrepasar 40 mA en los pines digitales, lo recomendable es mantenerse en el orden de los 20 mA. Es por ello, por lo que el propio SHARP en previsión de que pueda haber algún tipo de problemas con el suministro, aconseja que se coloque un condensador de 10 µF o mayor, entre el pin de alimentación y de tierra para estabilizar la línea.

Lo segundo que vemos es que la salida es analógica, y no digital como hubiéramos esperado para este tipo de sensores. Por lo que podríamos creer que son una formula parecida a la que usamos para nuestro sensor de ultrasonido, podríamos no solo detectar el obstáculo, sino también calcular la distancia a la que se encuentra.

Como podemos ver en la gráfica que mostramos a continuación, la respuesta del sensor no es lineal más allá de los primeros centímetros, 

por lo que dejaremos para otra entrada, como calcular la fórmula y hacer los ajustes necesarios para calibrar los resultados de forma adecuada.

En la próxima entrada veremos los esquemas de conexión que debemos usar y un sketch simple que nos permitirá evaluar los resultados que podemos obtener con este tipo de sensores. 

Y ya sabéis, si tenéis alguna sugerencia o duda, no tenéis más que mandarnos un correo a

e intentaremos responder a vuestra pregunta lo antes que podamos.