Informe Sensor Ultrasónico

LECTURA DE SEÑAL DE SENSOR ULTRASÓNICO[pic 1]

A TRAVÉS DE TCP-IP ENTRE LABVIEW Y ARDUINO

Andrés Iván Niño Garzón

Carlos Andrés Cangrejo Cangrejo.

Mayo 2020.

Corporación Tecnológica Industrial Colombiana.

Ingeniería Mecatrónica.

Electiva IV

Abstract

El presente trabajo busca poner en práctica los conocimientos adquiridos en el envío y recepción de señales utilizando el protocolo TCP-IP de la herramienta LABVIEW. Mediante la utilización de las funciones TCP-Read y TCP Write, se realiza la lectura y escritura de las correspondientes señales con las cuales interactúa el sistema para dar una medición de nivel la cual es visualizada en pantalla para monitorearla, una señal de alerta es enviada a la zona de medición por el sistema cuando se identifica un nivel de llenado superior o igual al valor establecido.

TABLA DE CONTENIDOS

CAPITULO 1        1

INTRODUCCIÓN        1

CAPITULO 2        2

OBJETIVO        2

CAPITULO 3        3

MARCO TEÓRICO        3

ETAPA 1 – ELEMENTOS DEL PROYECTO        3

CAPITULO 4        7

ETAPA 2 – CONFIGURACIÓN        7

CAPITULO 5        16

Cronograma        16

Lista de Referencias        19

Apéndice        22

INTRODUCCIÓN

Los constantes cambios en la vida moderna y la presión social actual en el manejo de los recursos hacen que nos replanteemos día a día la forma como podemos mejorar y optimizar el uso de los mismos, así como de garantizar la sostenibilidad ambiental. Por lo tanto, se hace indispensable aprovechar los avances tecnológicos que se vienen desarrollando en nuestra sociedad, para que de alguna manera se puedan mejorar los procesos de medición y es a lo que le apunta este proyecto, especialmente en la parte de control y lectura de variables de nivel. En este proyecto vamos a determinar el nivel de llenado de un tanque para controlar la cantidad de líquido que se almacena y garantizar que este cumpla con el nivel establecido de llenado para que no se desborde durante el proceso de trabajo. En este trabajo vamos a dividir el proyecto en varias etapas, dando inicio a la descripción de los componentes utilizados en este trabajo y finalizando con el monitoreo de la señal obtenida para su procesamiento.

OBJETIVOS

El principal objetivo de este trabajo es comprender de manera práctica el funcionamiento del protocolo TCP, sus conceptos y sus configuraciones mediante la plataforma LABVIEW. Utilizar los puertos y las direcciones de red que se requieren para la transmisión de los datos desde el servidor hasta el cliente y viceversa, por medio de los dispositivos con los que se cuenta para la lectura y escritura de dicha señal (Modem, Ethernet Shield, entre otros).

Como segundo objetivo, se pretende desarrollar las habilidades y capacidades propias para la implementación de trabajos futuros de mayor complejidad, investigar a profundidad sobre las funcionalidades de cada programa (labview, arduino), entender sus configuraciones y conocer sus ventajas y desventajas.

MARCO TEÓRICO

Etapa 1 – Elementos del Proyecto

Protocolo TCP/IP: Podemos decir que el modelo TCP/IP es un conjunto de capas de comunicación de red, donde podemos proveer conectividad pasando datos, los cuales pueden ser direccionados, transmitidos, enrutados y recibidos por el destinatario.

(Gómez Santacruz, 2007).

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Imagen 1. Comparación entre OSI Reference model con TCP/IP original y  TCP/IP modelo actualizado.

Al tratarse de protocolos, esto significa que el sistema se rige por unas normas establecidas de comunicación, en donde se deben cumplir unos criterios exigidos dentro de dicha comunicación para que el sistema pueda enviar y/o recibir datos. La causa que generó dicho protocolo, se fundamentó principalmente ante la gran diversidad de dispositivos de comunicación que eran producidos por diferentes fabricantes, por lo cual era necesario establecer una estandarización en las comunicaciones, haciendo que todos los dispositivos hablaran de la misma manera y transmitieran sus datos de una misma forma. El protocolo TCP/IP tiene la ventaja que se puede utilizar en grandes y pequeñas redes empresariales, en donde normalmente se pueden utilizar muchos enrutadores y conexiones a otros servidores.

Arduino: Es un controlador lógico programable. Está compuesto por una familia de placas electrónicas y su homónimo software open-source que aboga por la facilidad de uso y promulga la filosofía DIY (Do It Yourself).

(Valencia, 2018)

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Imagen 2. Arduino Uno.

Esto significa que es un componente electrónico que nos permite construir cualquier instrumento sin demasiadas complicaciones al momento de desarrollarlo, haciendo que durante el proceso de diseño, el usuario vaya aprendiendo de forma paralela los conceptos de la electrónica y su aplicación. Al ser de código abierto, permite que este sea modificado y personalizado de acuerdo a los requerimientos del usuario sin verse afectado por temas de licenciamiento o de patente, lo que la hace una herramienta económica y versátil, al alcance de todo aquel que desea aprender o simplemente desarrollar sus habilidades.

Labview: Es un software de ingeniería de sistemas que requiere pruebas, medidas y control con acceso rápido a hardware e información de datos. (National Instruments, 2020)

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Imagen 3. Labview

En pocas palabras, este software nos permite realizar una programación grafica que nos facilita el control y la supervisión de los procesos industriales, ya sea que se efectúen de manera local o de manera remota mediante una conexión de red. Al ser una interfaz gráfica estilo SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition, “Supervisión, Control y Adquisición de Datos”), se facilita el análisis de la información, ya que su entorno casi didáctico nos permite comprender la configuración del hardware, así como, interpretar de una mejor manera la lectura de los datos obtenidos por los diferentes componentes que se encuentran conectados al sistema, para tomar decisiones relacionadas a su control, monitoreo y/o manejo.

Ethernet Shield: El Arduino ethernet shield nos da la capacidad de conectar un Arduino a una red ethernet. Es la parte física que implementa la pila de protocolos TCP/IP. (WordPress.com, 2016)

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Imagen 4. Tarjeta Ethernet Shield W5100

De manera sencilla, el ethernet shield es un accesorio que se puede conectar al Arduino, lo que le da la opción de conectarse a la red local o de internet mediante el protocolo TCP/IP. La pequeña tarjeta utilizada en nuestro proyecto, se conecta mediante un puerto RJ45, por lo cual la transferencia de los datos se hace mediante conexión por cable y no de forma inalámbrica.

Sensor Ultrasónico Hc-Sr04: El sensor HC-SR04 es un sensor de distancia de bajo costo que utiliza ultrasonido para determinar la distancia de un objeto en un rango de 2 a 450 cm. (Naylamp Mechatronics, s.f.)

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Imagen 5. Sensor Ultrasónico HC-SR04

La forma como funciona este sensor se basa en dos transductores, un emisor de una onda sonora a una velocidad de 40khz y un receptor de dicha señal emitida. El sensor calcula la distancia del objeto teniendo en cuenta el tiempo que tarda la onda sonora en ir y regresar, de tal modo que es muy importante tener en cuenta que la superficie que va a ser sensada, debe garantizar el reflejo de la señal o en caso contrario el sensor no podrá funcionar de forma adecuada. De esta manera se identifica como una posible desventaja, que si se realizan mediciones sobre espuma, telas, lana, entornos con vapor o entornos que modifiquen la temperatura del aire, se pueden obtener mediciones con error o que no se obtengan mediciones (señal sin retorno).

Otros Componentes: En el diseño de este proyecto también se utilizaron otros componentes de uso común en la electrónica con los cuales se simularon las señales de alerta, entre los que se encuentran el diodo led y la resistencia, cables de conexión, cable de red Ethernet, modem.

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Imagen 6. Componentes complementarios del circuito.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Se busca establecer un sistema de control en un tanque de agua el cual se debe llenar hasta un límite establecido, sin que el control deba ser efectuado por un operario de forma presencial en sitio. La idea es que el proceso sea totalmente automático, indicándole mediante una alerta al operario que el tanque ha sobrepasado el límite establecido. Esto mejora la función del operario, ya que no debe permanecer de manera periódica frente al tanque con el fin de verificar el llenado, sino que el mismo sistema informa cuando se ha excedido el valor permitido.

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