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Instituto Tecnológico Superior Progreso
Organismo Descentralizado del Gobierno del Estado
CLAVE 31EIT004Q
Licenciatura en Informática
6° Semestre
Taller de Investigación II
Profe. MSC. Roberto Couoh
Alumno:
Poot Alvarado Moises Santiago
Elaboración de la propuesta de investigación
Progreso, Yucatán a viernes 30 de marzo del 2012
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INDICE
Sensor infrarrojo
Área problemática/Contexto de la investigación……………………. 3
Hipótesis……………………………………………………………….. .. 3
Marco teórico …………………………………………………………. .. .4
Circuitos eléctricos…………………………………………….…. 4
Sensores……………………………………… ….……………… 5
Radiación infrarroja…………………………………………….. . 6
Sensores infrarrojos…………………………………………….. …7
Comunicación……………………………………………………… 8
Redes inalámbricas ………………………………………………. 8
Comunicaciones inalámbricas…………………………………..... 9
Tarjetas fenólicas…………………………………………………. 9
Objetivo ……………………………………………………………………. 10 Objetivos específicos……………………………………………… 10
Justificación……………………………………………………………….. 10
Metodología……………………………………………………………….. 10
Referencias preliminares ………………………………………………….12
Cronograma……………………………………………………………….. 13
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Sensor Infrarrojo
Introduccion
La presente investigación se realiza con la finalidad de desarrollar un proyecto el cual se basaen la creación de un sensor infrarrojo que nos permita entender el funcionamiento básico de lacomunicación inalámbrica a través de señales infrarrojas. Debido a lo mencionadoanteriormente en el transcurso de la planificación del sensor, se conocerá el funcionamientode los diversos dispositivos que integran la electrónica y a diseñar circuitos electrónicos por loque se requiere también el conocimiento de áreas como redes inalámbricas, electricidad yteoría de la computación para realizar este proyecto sin dificultad.
Área problemática/Contexto de la investigación
Esta investigación no se trata de algún problema sino que se trata de la elaboración de undispositivo que necesita del desarrollo de circuitos electrónicos, los cuales van hacerse para lamateria de comunicaciones inalámbricas I de la licenciatura de informática de 8° semestre.
Este trabajo se desarrollará a través de practicas, las cuales se van a estar llevando acabo alo largo del semestre, para que posteriormente se unifiquen los módulos que se crearon, espor ello que se debe extraer de otras fuentes ajenas a la asignatura información que ayude arealizar el proyecto.
A través de esta investigación se conocerá que tan difícil puede ser el estar trabajando con
circuitos electrónicos, a pesar de que la licenciatura en informática no conoce mucho acercadel tema y por ello será un reto llevar acabo este proyecto.
Hipótesis
Elaborando un sensor infrarrojo nos permitirá entender el funcionamiento de la comunicacióninalámbrica a través de señales infrarrojas.
Variable independiente
Elaborando un sensor infrarrojo.
Variable dependiente
Entender el funcionamiento de la comunicación inalámbrica a través de señales infrarrojas.
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Marco teórico
Circuitos eléctricos
El circuito eléctrico es el recorrido prestablecido por el que se desplazan las cargas eléctricas.
Las cargas eléctricas que constituyen una corriente eléctrica pasan de un punto que tienemayor potencial eléctrico a otro que tiene un potencial inferior.
Para mantener permanentemente esa diferencia de potencial, llamada también voltaje otensión entre los extremos de un conductor, se necesita un dispositivollamado generador (pilas, baterías, dinamos, alternadores...) que tome las cargas que llegan aun extremo y las impulse hasta el otro. El flujo de cargas eléctricas por un conductorconstituye una corriente eléctrica.
Se distinguen dos tipos de corrientes:
Corriente continua: Es aquella corriente en donde los electrones circulan en la misma cantidady sentido, es decir, que fluye en una misma dirección. Su polaridad es invariable y hace quefluya una corriente de amplitud relativamente constante a través de una carga. A este tipo decorriente se le conoce como corriente continua (cc) o corriente directa (cd), y es generada poruna pila o batería.
Este tipo de corriente es muy utilizada en los aparatos electrónicos portátiles que requieren deun voltaje relativamente pequeño. Generalmente estos aparatos no pueden tener cambios depolaridad, ya que puede acarrear daños irreversibles en el equipo.
Corriente alterna: La corriente alterna es aquella que circula durante un tiempo en un sentido ydespués en sentido opuesto, volviéndose a repetir el mismo proceso en forma constante. Supolaridad se invierte periódicamente, haciendo que la corriente fluya alternativamente en unadirección y luego en la otra. Se conoce en castellano por la abreviación CA y en inglés por lade AC.
Este tipo de corriente es la que nos llega a nuestras casas y sin ella no podríamos utilizarnuestros artefactos eléctricos y no tendríamos iluminación en nuestros hogares. Este tipo decorriente puede ser generada por un alternador o dinamo, la cual convierten energía mecánicaen eléctrica.
El mecanismo que lo constituye es un elemento giratorio llamado rotor, accionado por unaturbina el cual al girar en el interior de un campo magnético (masa), induce en sus terminalesde salida un determinado voltaje. A este tipo de corriente se le conoce como corriente alterna(a).
La intensidad del flujo de los electrones de una corriente eléctrica que circula por un circuitocerrado depende fundamentalmente de la tensión o voltaje (V) que se aplique y de la
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resistencia (R) en ohm1 que ofrezca al paso de esa corriente la carga o consumidor conectadoal circuito. Si una carga ofrece poca resistencia al paso de la corriente, la cantidad deelectrones que circulen por el circuito será mayor en comparación con otra carga que ofrezcamayor resistencia y obstaculice más el paso de los electrones.
Por tanto, definimos la intensidad de corriente eléctrica, como la cantidad de carga eléctricaque circula por una sección de un conductor en la unidad de tiempo.
La intensidad de la corriente eléctrica se designa con la letra I y su unidad de medida en elsistema internacional, es el Amper2 que se identifica con la letra A. De acuerdo con la ley deohm, la corriente eléctrica en Amper que circula por un circuito estrechamente relacionada conel voltaje o tensión y la resistencia ohm de la carga o consumidor conectado al circuito.
La resistencia de un material es una medida que indica la facilidad con que una corrienteeléctrica puede fluir a través de él. La resistencia de un conductor es directamente
proporcional a la longitud e inversamente proporcional a su sección y varia con latemperatura.
La asociación de resistencias son dos: A) Serie: es cuando las resistencias están una detrásde otra. La intensidad en cada resistencia son iguales. B) Paralelo: es cuando las entradas decada resistencia están conectadas a un mismo punto y las de salida en otro. El voltaje decada resistencia es igual al de la Vcc.
Sensores
Los sensores son dispositivos electrónicos con la capacidad de detectar la variación de
una magnitud física tales como temperatura, iluminación, movimiento y presión; y de convertirel valor de ésta, en una señal eléctrica ya sea analógica o digital.
Un sensor es un elemento idóneo para tomar, percibir o sensar una señal física provenientedel medio ambiente y convertirla en una señal de naturaleza transducible. Un sensor ocaptador convierte las variaciones de una magnitud física (propiedad de un objeto físico al que se le
pueden asignar distintos valores como resultado de una medición cuantitativa ) en variaciones de una magnitudeléctrica (son las magnitudes que nos sirven para estudiar el funcionamiento de los circuitos ).
Estos elementos tienen un significado muy profundo: la ampliación de los sentidos paraadquirir un conocimiento de cantidades físicas, que por su naturaleza o tamaño, no puedenser percibidas.
Los sentidos en los seres humanos tienen un papel muy importante, ya que están encargadosde ayudarnos a tomar decisiones a las respuestas de los estímulos del medio ambiente. Éstos
1Es la resistencia eléctrica que existe entre dos puntos de un conductor cuando una diferencia de potencial constante de 1
volt aplicada entre dos puntos produce, en dicho conductor, una corriente de intensidad 1 ampere cuando no haya fuerza
electromotriz en el conductor.2
Intensidad de una corriente constante que manteniéndose en dos conductores paralelos, situados a una distancia de un
metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2x10-7
newton por metro de longitud.
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tienen el papel de transmitir al cerebro, que condiciones pueden afectar nuestro cuerpo ypoder tener control sobre el comportamiento normal de los órganos para que el sistemahumano funcione adecuadamente.
Un sensor tiene las siguientes características:
1. Convierte una variable física (por ejemplo, temperatura, distancia, presión) en otra variablediferente, generalmente en una señal eléctrica.
2. Son codificadores (Encoders), efectores, convertidores, detectores, transductores einiciadores.
3. No siempre generan una señal eléctrica. Ejemplo. Los finales de carrera neumáticos,generan cambios de presión.
4. Funcionan con contacto físico y sin contacto físico. Ejemplos, finales de carrera3, sensoresde fuerza(contacto físico), barreras fotoeléctricas, barreras de aire, detectores de infrarrojos,sensores de reflexión ultrasónicos, sensores magnéticos(sin contacto físico).
5. En procesos controlados, son “preceptores” que supervisan un proceso, indicando loserrores, recogiendo los estados y transmitiendo esta información a los demás componentesdel proceso.
Radiación infrarroja
La radiación infrarroja (IR) es un tipo de radiación electromagnética. La "luz" infrarroja tieneuna longitud de onda más larga que la luz visible. La luz roja tiene una longitud de onda máslarga que la de los demás colores de la luz; la luz infrarroja tiene una longitud de onda aúnmayor que la roja, de manera que la luz infrarroja es una especie de luz "más roja que roja" oluz "más allá del color rojo". La radiación infrarroja no se puede ver pero algunas veces la
podemos sentir en forma de calor.
La radiación infrarroja se encuentra entre la luz visible y las ondas de radio del espectroelectromagnético. La radiación infrarroja (IR) tiene longitudes de ondas entre 1 milímetro y 750nanómetros. La longitud de onda de la luz roja tiene 700 nanómetros (o 7 000 Å). La radiacióninfrarroja oscila con frecuencias entre 300 giga Hertz (GHz ó 109 Hertz) y 400 Tera Hertz (THzó 1012 Hertz).
El espectro infrarrojo se puede subdividir en infrarrojo lejano (1 mm a 10 µm longitud de onda),infrarrojo medio (10 a 2.5 µm longitud de onda), y casi infrarrojo (2 500 a 750 nm longitud de
onda). La porción del IR lejano que incluye la longitudes de onda entre 100 y 1 000 µm, esalgunas veces conocida como infrarrojo extremo. Las fronteras no siempre son obvias, y lasdiferencias entre la IR extrema y las frecuencias de radio de microondas son poco obvias.
3Interruptores que detectan la posición de un elemento móvil mediante accionamiento mecánico.
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Podemos sentir el calor de la radiación infrarroja. El calor que sienten nuestras manos cuandolas colocamos cerca de la hornilla de una cocina, una vez que se ha apagado la hornilla (y yano está al rojo vivo) y que aún no está completamente fría es, radiación infrarroja.
La atmósfera de la Tierra es opaca en gran parte debido a la parte infrarroja del espectro. El
vapor de agua, dióxido de carbono, metano y otros gases invernaderos tienden a absorber laradiación infrarroja (IR), atrapando calor adicional en la atmósfera inferior de la Tierra.
Los lentes de visión nocturna, así como el control remoto de una TV usan "luz" infrarroja parapoder funcionar.
Sensores infrarrojos
Los sensores infrarrojos, que además de ser útiles para medir temperatura y detectar objetoscalientes, nos permiten visión nocturna y la posibilidad de atravesar algunos objetos opacospara la luz visible.
Estos sensores poseen multitud de aplicaciones como por ejemplo, vigilancia de objetos ypersonas, medida de temperaturas remotas en aplicaciones industriales, detección de fugasde calor, monitorización y detección de incendios, y diferentes aplicaciones científicas ymédicas.
La banda del infrarrojo va desde los 0.75 hasta los 1000 um (nanómetros), y podemos
diferenciar las siguientes bandas:
- IR cercano: 0.75 a 3um.
- IR medio: 3 a 6um.
- IR lejano: 6 a 15um.
- IR extremo: 15 a 1000um.
El sensor infrarrojo se basa en la emisión de cuerpo negro ideal, es decir, un cuerpo queabsorbe y remite toda la radiación incidente, independientemente de la longitud de onda quesea. Ya que esta situación es ideal, se trabaja con una aproximación de cuerpo negro, dondela radiación incidente no sólo se absorbe, también se refleja y se transmite
Donde Alpha indica la reflectancia, rho la absorción y tau la transmitancia del objeto. Porejemplo, un espejo perfecto posee un factor de absorción igual a uno, ya que refleja toda laradiación incidente, mientras que un cuerpo opaco no tiene transmitancia y toda la radiación
bien se absorbe o se refleja.
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Existen varios tipos de detectores infrarrojos. El más común es el térmico, que se basa en quela radiación se transforma en calor. También existen los detectores cuánticos, que aplican que
la radiación cambia el estado cuántico del material. Ambos detectores suelen necesitarrefrigeración para mejorar la relación señal ruido y obtener mejores resultados.
Por otro lado tenemos las cámaras infrarrojas, que utilizan matrices de detectores para
obtener la imagen (existe una relación lineal entre la salida del detector y el valor de pixel), lospirómetros4 que ofrecen una medida puntual y los escáneres de línea, que obtienen la medidade una línea del campo de visión y completan la imagen con un barrido en el tiempo.
En función de la aplicación, se distingue entre cámaras termográficas, pensadas para medirtemperatura, y cámaras térmicas, pensadas para un estudio cualitativo, donde es importantela resolución y el contraste pero no tanto la precisión.
Los rangos de estas cámaras van desde los 3-5 um para temperaturas entre 600-1000 gradosCentígrados (detección temprana de incendios) y los 8-12 um para la monitorización deincendios de bajo coste u objetos más fríos. Por último cabe destacar que también existencámaras para infrarrojo reflejado.
Comunicación
La comunicación es el proceso mediante el cual se puede transmitir información de unaentidad a otra. Los procesos de comunicación son interacciones mediadas por signos entre almenos dos agentes que comparten un mismo repertorio de signos y tienen unas
reglas semióticas5 comunes.
Tradicionalmente, la comunicación se ha definido como "el intercambio de sentimientos,
opiniones, o cualquier otro tipo de información mediante habla, escritura u otro tipo deseñales". Todas las formas de comunicación requieren un emisor, un mensaje yun receptor destinado, pero el receptor no necesita estar presente ni consciente del intentocomunicativo por parte del emisor para que el acto de comunicación se realice. En el procesocomunicativo, la información es incluida por el emisor en un paquete y canalizada haciael receptor a través del medio. Una vez recibido, el receptor decodifica el mensaje yproporciona una respuesta.
Redes inalámbricas
Una red puede ser un equipo conectado a Internet, o bien dos o más equipos conectadosentre sí (y también a Internet). En una red inalámbrica, los equipos se conectan medianteseñales de radio en lugar de cables. Entre las ventajas de las redes inalámbricas, se
4Instrumento de medida que es capaz de detectar temperaturas a distancia, son capaces de medir temperaturas mayores a
los 500° C.5
Tipología de los sistemas significantes realizada a partir de la formalización más o menos acabada de estructuras formales
extraídas empíricamente de cada sistema.
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encuentran la movilidad y la ausencia de cables. Las desventajas pueden ser una conexiónmás lenta que una red con cable y la existencia de interferencias procedentes de otrosdispositivos inalámbricos, como los teléfonos inalámbricos.
Comunicaciones inalámbricas
La comunicación inalámbrica o sin cables es aquella en la que extremos dela comunicación (emisor /receptor) no se encuentran unidos por un medio depropagación físico, sino que se utiliza la modulación de ondas electromagnéticas a través delespacio. En este sentido, los dispositivos físicos sólo están presentes en los emisores yreceptores de la señal, entre los cuales encontramos: antenas, computadorasportátiles, PDA, teléfonos móviles, etc.1
En general, la tecnología inalámbrica utiliza ondas de radiofrecuencia de baja potencia yuna banda específica, de uso libre o privada para transmitir, entre dispositivos.
Estas condiciones de libertad de utilización sin necesidad de licencia, ha propiciado que elnúmero de equipos, especialmente computadoras, que utilizan las ondas para conectarse, através de redes inalámbricas haya crecido notablemente.
Los hornos de microondas utilizan radiaciones en el espectro de 2,45 Ghz. Es por ello que lasredes y teléfonos inalámbricos que utilizan el espectro de 2,4 Ghz. pueden verse afectadospor la proximidad de este tipo de hornos, que pueden producir interferencias en lascomunicaciones.
Otras veces, este tipo de interferencias provienen de una fuente que no es accidental.Mediante el uso de un perturbador o inhibidor de señal se puede dificultar e inclusoimposibilitar las comunicaciones en un determinado rango de frecuencias.
Tarjetas fenólicas
Un circuito impreso, tarjeta de circuito impreso o PCB , es una superficie constituidapor caminos o pistas de material conductor laminadas sobre un sustrato no conductor. Elcircuito impreso se utiliza para conectar eléctricamente a través de los caminos conductores,y sostener mecánicamente por medio del sustrato, un conjunto de componentes electrónicos.Los caminos son generalmente de cobre mientras que el sustrato se fabrica de resinas defibra de vidrio reforzada (la más conocida es la FR4), cerámica, plástico, teflón o polímeroscomo la baquelita.
La producción de los PCB y el montaje de los componentes pueden ser automatizada. Estopermite que en ambientes de producción en masa, sean más económicos y confiables queotras alternativas de montaje por ejemplo el punto a punto. En otros contextos, como laconstrucción de prototipos basada en ensamble manual, la escasa capacidad de modificaciónuna vez construidos y el esfuerzo que implica la soldadura de los componentes hace que losPCB no sean una alternativa óptima.
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La Organización IPC (Institute for Printed Circuits), ha generado un conjunto de estándaresque regulan el diseño, ensamblado y control de calidad de los circuitos impresos, siendo lafamilia IPC-2220 una de las de mayor reconocimiento en la industria.
Objetivo
Desarrollar un sensor infrarrojo, para entender el funcionamiento básico de la comunicacióninalámbrica, a través de señales infrarrojas.
Objetivos específicos
Analizar los elementos requeridos en electrónica.
Determinar el funcionamiento de los circuitos eléctricos.
Interpretar los diagramas electrónicos.
Crear los diseños adecuados aplicándolos en las tarjetas impresas.
Utilizar adecuadamente los componentes en la tarjeta fenólica de manera optima.
Verificar el funcionamiento del dispositivo creado.
Justificación
Esta investigación se esta realizando con el fin de que se aprenda a interpretar diagramas, através de los circuitos eléctricos. De igual forma se esta realizando para demostrar que apesar de que la carrera se trate de una licenciatura se puede realizar actividades que solo lecompeten a las ingenierías, lo que es el tema de los circuitos. Es por ello que no solo laparticipación de los ingenieros puede ser necesaria en trabajos de electrónica.
Esta investigación se realiza para profundizar y conocer con mayor precisión todos losaspectos que se deben saber para llevar acabo la realización de los circuitos eléctricos, desdelo mas simple que es entender el concepto de circuitos y sus componentes hasta lo mascomplejo que es llevarlo a cabo en el área de las comunicaciones inalámbricas.
Metodología
Se utilizo el método cuantitativo ya que como se va a crear el dispositivo, en base a ello sí sepodrá medir cuanto se aprendió para poder realizar los diagramas eléctricos e interpretarlos.De igual manera se podrá medir el grado de aprendizaje sobre el tema al proporcionarles uncircuito y poder interpretarlo.
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Para esta investigación se llevo acabo el método de investigación empírica ya que con llevatoda una serie de procedimientos prácticos y los medios de investigación que permitenrevelar las características fundamentales y relaciones esenciales.
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Referencias preliminares
http://www.solociencia.com/electronica/electronica.htm
http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_fyq3/tema8/index8.htm
http://www.bitsingenio.com/%C2%BFque-son-los-sensores/
http://www.windows2universe.org/physical_science/magnetism/em_infrared.html&lang=sp
http://windows.microsoft.com/es-MX/windows-vista/Wireless-networking-frequently-asked-questions
http://es.wikipedia.org/wiki/Comunicaci%C3%B3n
http://www.xatakaciencia.com/tecnologia/sensores-infrarrojos
http://es.wikipedia.org/wiki/Comunicaci%C3%B3n_inal%C3%A1mbrica
http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_impreso
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