SENSOR DE CONDUCTIVIDAD

Y VOLTAJE


ladrillo LEGO MINDSTORM NXT


down-verde-flecha

INTRODUCCION: TESTER


¿Sabes que puedes aprovechar el propio NXT como si fuera un Multímetro?. Se le llama también "tester". En realidad, solo haremos un par de funciones: medir la resistencia (ohmios) y la tensión (voltios). Empezamos con el conductímetro. Si quieres, puedes bajar directamente al Voltímetro.


AVISO: ni se te ocurra probarlo en un enchufe si no quieres quedarte sin NXT.


CONDUCTIMETRO


Ya hemos dicho que el NXT te puede servir para medir el valor de las resistencias, con lo que "no hace falta" que te compres uno. Las lecturas pueden llegar hasta unos 1000K aprox. Otra utilidad que le puedes dar es la de medir la conductividad de una disolución. Vamos con ello.


Te resultará útil haber leido antes las secciones de uno y dos Sensores de Contacto y la del Sensor Ambiente para seguir ésta. Por si no lo conoces, un conductímetro es esto cuando lo pones a medir resitencias, ya que puede medir muchas cosas:


tester

MATERIAL


Todo lo que necesitas es esto. En Conectores puedes ver cómo se hacen.

Conector y cables para Mindstorm NXT

Aunque también es muy útil la placa para pinchar componentes. Si no te aclaras bien con la placa, pincha en Board. Bueno, y para medir resistencias... umm necesitarás resistencias. Lo "complicado" de esto es el programa.


DESCRIPCION


Como se intuye de la sección de los Sensores de Contacto, los cables blanco y negro del NXT miden resistencias, que es "algo así" como la inversa de la conductividad. Cuanta más resistencia tiene un cable, menos corriente pasa (menor conductividad).


En Un Sensor de Contacto ya vimos cómo se obtenía el valor RAW. Ahora, la formulita de turno para convertir ese valor del RAW en valores de resistencia es la siguiente:


R = (10.000 x raw) / (1023 - raw)


UN PRIMER PROGRAMA CON ALGUN FALLO


Si trasladamos tal cual le ecuación anterior al NXT nos quedaría así. He pintado un cable en gris para que se vea mejor, pero son todos amarillos.


programa 1 conductimetro para LEGO Mindstorm NXT

Y ¿cómo se configura cada icono? Así: El primer rectángulo de la izquierda se corresponde con el primer icono de multiplicar. El de bajo con el de la resta. El tercero, el de la división, no hay que poner nada porque los valores le llegan por los cables. El icono de "Convertir número a texto" tampoco hay que poner nada. Y el último, el del Display, está abajo.


Configuracion icono conductimetro para LEGO Mindstorm NXT

Muy bien, pues ya podemos probarlo. Cable blanco a un extremo de la resistencia y negro al otro. Ahora prueba a medir otra resitencia. Puedes usar por comodidad la placa para pinchar los elementos. Separa los dos cables y mira lo que marca. Y ahora los unes. ¿ves la diferencia? Pues ese es el fallo del programa, que no distingue entre conductividad cero e infinito.


MEJORANDO EL PROGRAMA


Para que funcione adecuadamente, tendremos que añadir un switch, ya que el programa tendrá que elegir entre 3 situaciones diferentes.


1. Cuando el RAW es CERO. Los 2 cables están en contacto. En ese caso, el numerador y por tanto la resistencia serán cero.


2. Cuando el RAW es 1023. Los dos cables están separados. En ese caso el denominador será cero y por tanto la división será infinito, como la resistencia. Lo que pasa es que "infinito" no es un número muy comprensible para el NXT.


3. Cuando el RAW es cualquier otro valor entre 0 y 1023. En ese caso habrá que aplicar el programa anterior para obtener el valor de la resitencia.


Si no recuerdas cómo se configuraba el switch, puedes volver directamente a la explicación que dimos pinchando en Dos Sensores de Contacto.


Cuando los dos cables están en contacto, añadiremos el sonido de una nota. Esta función la llevan muchos Multímetros y sirve para saber si un cable está cortado por algún sitio o si está entero (y en ese caso suena). Se llama "continuidad".


No se te ocurra probarlo en un cable conectado a la luz. Te quedarás sin NXT como mínimo. Empezaremos poniendo el programa y a continuación la configuración del Switch. Es el mismo de antes, aunque ahora he pintado dos cables en gris para que se vean mejor.


Programa 2 conductimetro para LEGO Mindstorm NXT
Configuración conductimetro para LEGO Mindstorm NXT

He puesto un valor de 600, pero puedes poner cualquier otro menos 0 y 1023, que son los otros casos. Lo más importante es que selecciones ese valor que escribas (600 por ejemplo) como valor por defecto. Se hace con el símbolo del círculo rojo.


Aparecerá entonces la pestañita que está señalada con la flecha negra. Para añadir la tercera pestaña, se pincha en el circulito negro, el +. Y no olvides configurar los items del círculo amarillo. Todo lo que ves en el interior de la segunda pestaña, la señalada con la flecha azul, es el programa que ya teníamos escrito.


La primera pestaña (flecha roja), la de valor cero, quedaría como sigue. En el texto simplemente pone "Conduce" y a continuación el icono del sonido. Para el sonido hemos elegido la pestaña de "Tone" en lugar de la de "Sound File", y la duración 0,1 s.


Programa 3 conductimetro para LEGO Mindstorm NXT

La última pestaña, la de 1023, que no pondremos, tiene sólo un icono de texto que pone "Conduce". Y ya tenemos el conductímetro a punto.


USOS


Los usos más claros para este sensor son los de medir resistencias y el de medir la conductividad de una disolución, de sal por ejemplo. Para esto último, los conductímetros serios tienen que fijar la distancia entre las puntas de los cables y mantenerla siempre fija, ya que la conductividad varía con la distancia. Si no se hiciera así, no podías comparar las medidas.


Una práctica bien fácil sería la de llenar un vaso con agua y medir, y luego ir añadiendo sal progresivamente y anotar las medidas. Este es también un buen proyecto para el "Data Logger" que incorpora el Mindstorm. Con él, el NXT guarda los valores en un archivo que luego se puede abrir con una hoja de cálculo.



VOLTIMETRO (HASTA 5V)


Vamos con la segunda parte del Tester, la construcción de un voltímetro. Si has realizado la parte del conductímetro, esta casi es más sencilla de montaje. Como material usaremos los mismos conectores que en el caso del conductímetro (cables blanco y negro) y una resistencia de 10K, eso es todo.


Con este voltímetro podrás leer el voltaje en corriente continua hasta 5 voltios. Para ello, leeremos con el raw del sensor de contacto.


EL CIRCUITO


Es muy simple, ya que solo consta de 1 resistencia de 10K. El cable negro del NXT se conecta directamente a la pila/s que quieres medir. No deben superar los 5 voltios en conjunto como mucho. Entre el cable blanco y el polo positivo de la pila se pone la resistencia.


Tester para LEGO Mindstorm NXT

EL MONTAJE


Pues lógicamente, el montaje es muy sencillo. En la foto que sigue, hay un puente en la caja de pilas para que pueda funcionar correctamente. Si lo montas tal cual, no te dará tensión.


Tester para LEGO Mindstorm NXT

CALIBRACION


Vamos a usar 3 pilas recargables y un tester para la calibración. Midiendo mis pilas, obtengo una serie de datos en voltios. Añadiremos un dato adicional correspondiente al cero. Y a partir de ahí ya podemos hacer la gráfica y obtener la ecuación. Si añado una cuarta pila, saturo el NXT, así que me quedo en 3.


No es necesario que lo hagas si no quieres o no tienes tester. Puedes usar directamente el programa de más abajo, ya que tu NXT funcionará igual que el mio. Pero si quieres saber cómo se obtiene, sigue leyendo. El programa simplemente lee el raw de un sensor de contacto. Con esto, hacemos el montaje y leemos una pila.


Tester para LEGO Mindstorm NXT

PRECAUCION: en estas comprobaciones que estamos haciendo, lo único que no debes hacer es conectar el polo positivo de la pila con el negativo. Si lo hicieras, provocarías un cortocircuito y el calentamiento de la resistencia, etc.


Así que te recomiendo que sigas con el dedo el camino de la corriente y compruebes que efectivamente el positivo de la pila y el negativo NO están unidos. Mira el "esquema" eléctrico y la siguiente foto para ver a qué me refiero.



Tester para LEGO Mindstorm NXT

Bueno pues, una vez dicho esto, repasas todo y conectas al NXT. Para una pila de 1,275 voltios (medidos con el tester) obtengo un valor raw de 641. Ahora, sin tocar el resto del circuito, intercambia los cables blanco y negro del NXT. Los cables de la batería no se tocan del sitio. Al hacer esto, he leido un raw de 370.


El siguiente paso que he realizado es añadir una nueva pila a la caja de pilas, hacer el puente correspondiente para que me den tensión los cables y repetir la operación anterior, leyendo el raw y luego cambiando los cables. De esta forma, leemos los voltajes positivo y negativo y con una pila duplicamos los valores de la gráfica. Recuerda medir los voltios que dan esas pilas con el tester.


Por último, añado una tercera pila. La cuarta ya sobrepasa los 5V, así que no la pongo y repetimos el proceso. Nos falta medir el cero. Es muy fácil: quita la batería, pinchas la resistencia de 10K en medio del board y conectas los cables blanco y negro a los extremos, da igual cómo.


Tester para LEGO Mindstorm NXT

Con los valores obtenidos del raw y los voltios medidos con el tester construimos esta tabla con valores reales:


Tester para LEGO Mindstorm NXT

LA ECUACION


Bueno, ahora solo falta dibujar la gráfica con cualquier hoja de cálculo, aunque esta parte también te la puedes ahorrar y usar directamente el programa.


El proceso abreviado sería: seleccionas todos los valores con el cursor y le das a insertar gráfico (tipo lineal/dispersión). Para obtener la ecuación, te pones sobre la recta y con el botón derecho le das a "insertar linea de tendencia" y dentro del menú, representar la ecuación en el gráfico. Tienes una descripción detallada de todo este proceso en la calibración de la Balanza.


Tester para LEGO Mindstorm NXT

La ecuación que sale es: voltios = (0,0098 x raw) - 4,8826. Como hay algunos decimales en la ecuación obtenida, lo más sencillo de manejar es multiplicar por 1000 y despejar. Ya se aprecia que sale claramente una recta. Quedará esto:


Voltios = (9,8 x raw - 4882,6) / 1000


Una cuestión adicional: esta ecuación tiene deciales, por lo que irá bien con el NXT 2.0. Para la versión anterior, tendrás que modificar adecuadamente la ecuación. En general, la idea es dejar para el final las divisiones y que así el NXT 1.0 pierda el mínimo número de decimales. En este caso concreto, puedes redondear el 9,8 a 10 y a 4883 y comprobar con el tester qué tal funciona. Yo no lo he hecho.


LIMITES TEORICOS


Los valores del raw en el NXT varían desde 0 hasta 1023. Con esto es fácil calcular el rango real de nuestro voltímetro.


Si sustituimos en la ecuación anterior los valores de raw = 0 y raw = 1023, se obtiene que el rango de valores va desde -4,88V hasta 5,14V. Este es nuestro margen real de trabajo.


EL PROGRAMA


Ya solo resta hacer el programa, que será muy sencillo. Con esto, leeremos directamente en pantalla el valor de los voltios. A continuación damos algunas notas aclaratorias del programa.


Tester para LEGO Mindstorm NXT

NOTAS:


1. Para desplegar los menús bajo los iconos, pulsa donde indica la flecha roja. El icono "Text" tiene varios espacios el la casilla B de la configuración. Esto evita que en pantalla se superpongan 2 números (y aparenten otro). El "Display" está en "Text", con la casilla "Clear" desativada.


2. Por si no se ve bien, los valores de los primeros 3 iconos son: (x 9,8) (- 4882,6) y (/1000). Si tienes dudas, ya sabes que hay un foro.


Lógicamente habrá una pequeña discrepancia con el valor real de la pila cuando midas con él. Es lógico. Hemos hecho una aproximación a los valores medidos mediante un ajuste por mínimos cuadrados para obtener la recta y su ecuación.


En mi caso he encontrado una diferencia de 0,2V midiendo con el tester y con el NXT como máximo. Está bastante bien.


USOS


El uso más evidente es el de realizar un comprobador de pilas. Si buscas por la red "NXT Battery Tester" encontrarás varios ejemplos. Todos estos montajes suelen usar papel de plata para forrar alguna pieza en ángulo de LEGO para poder hacer pinza y medir los voltios. Seguro que además se te ocurren otras aplicaciones, por ejemplo la de comprobar circuitos.


up-verde-flecha
Cuatro sensores de contacto
Un sensor de inclinación
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