Flexómetro Digital

1 Flexómetro Digital

Fig. 1 Flexómetro digital.


Contenido

Introducción ........................................................................ 4

Objetivo ............................................................................. 4

Antecedentes ...................................................................... 4

Manual de usuario ................................................................ 5

Visión general ..................................................................................... 6

Nociones básicas ................................................................................. 7

Especificaciones técnicas ....................................................... 8

Componentes ...................................................................................... 9

Diagrama a bloques ............................................................................ 10

Principio de funcionamiento .................................................................. 10

Código de operación ........................................................................... 11

Parámetros de comportamiento ............................................................. 12

Exactitud ......................................................................................... 12

Tolerancia ........................................................................................ 12

Fidelidad .......................................................................................... 12

Conclusiones .................................................................................... 13

Evidencias ........................................................................................ 13

Anexos ............................................................................ 14

Sensor ultrasónico (Modelo HC-SR04)

LCD 16x2 (Modelo JHD162A)


Introducción

En éste documento se describe la estructura interna de un flexómetro digital así como su funcionamiento, planteando al usuario la información necesaria para operar de manera correcta dicho instrumento.

El flexómetro digital fue elaborado con el objetivo de brindar a los usuarios un sistema de medición de distancias sencillo, portable y confiable. Gracias a su tamaño ergonómico y su sistema de alimentación por batería es ideal para llevarlo a cualquier parte donde se requiera.

Al emplear un sistema digital de medición, el flexómetro digital previene errores de medición causados por el usuario brindando así datos confiables en todo momento.

Objetivo

Realizar un sistema o equipo que tenga la capacidad de medir una magnitud empleando un transductor, documentar dicho proceso y entregar un producto terminado funcional con un manual de usuario y características técnicas.

Antecedentes

Desde que el humano ha desarrollado sus habilidades de razonamiento, ha necesitado una manera clara y sencilla de expresar sus observaciones de forma que sean entendibles en su sociedad. Con el paso del tiempo y el desarrollo de las actividades comerciales, de construcción e investigación, fue necesario adoptar un sistema de medidas universal para transmitir la información adquirida o realizar negocios equitativos asignando un intercambio razonable para la obtención de enceres y productos.

En un principio, las unidades de medida fueron desarrolladas en las antiguas civilizaciones. Éstas medidas estaban establecidas con ciertas partes del cuerpo humano como son pie, palmo, codo, entre otras. Debido a la diferencia que existe entre un humano y otro, tanto en altura como en proporciones corporales, nació la necesidad de establecer otro método de medición; a partir de ella, se desarrollaron los primeros instrumentos de medida como son el metro y la báscula.

Con el paso de los años y el avance tecnológico a pasos agigantados las necesidades de los humanos se vuelven cada más demandantes, ocasionando que en la actualidad un equipo de medición tenga que cubrir grandes expectativas como son portabilidad, fidelidad y escalabilidad.

Img. 1 Unidades de medida antiguas


Manual de usuario


Visión general

Fig. 2 partes del Flexómetro digital.


Nociones básicas 1. Oprima el switch para encender el instrumento.

Fig. 3 Encendido del instrumento.

2. Posicione el sensor ultrasónico hacia la dirección donde se encuentre la distancia que desea medir (conserve una línea de vista sin obstáculos y los más recta posible).

Fig. 4 Posición del Flexómetro digital para medir la distancia.

3. Lea la medida desplegada en el display LCD.

Fig. 5 Visualización de distancia medida.

Distancia


Especificaciones técnicas


Componentes

El instrumento de medición consta de cuatro etapas:

1. Emisor / Receptor Sensor Ultrasónico

2. Control / Procesamiento

Tarjeta de desarrollo ArduinoUno

3. Presentación LCD 16x2

4. Suministro de energía

Batería de alimentación de 9 volts a 1 ampere

A continuación se presenta el presupuesto para llevar a cabo el instrumento:

Partida Descripción Cantidad Precio unitario

(MXN) Precio total

(MXN)

1 Tarjeta de desarrollo Marca Arduino Modelo ArduinoUno 1 pieza $435.00 $ 435.00

2 Sensor ultrasónico Modelo HC-SR04 1 pieza $55.00 $ 55.00

3 LCD 16x2 Modelo JHD162A 1 pieza $55.00 $ 55.00

4 Batería 9 volts 1 pieza $80.00 $ 80.00

5 Cables Dupont 1 paquete $89.00 $ 89.00

6 Switch 1 pieza $20.00 $ 20.00

7 Manufactura -- $200.00 $200.00

Total $ 934.00

Tabla 1. Presupuesto del Flexómetro digital.


Diagrama a bloques

Fig. 6 Componentes y conexiones del Flexómetro digital.

Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento del flexómetro digital está basado en medir la distancia mediante el sensor ultrasónico HC-SR04, el cual cuenta con un rango de distancia sensible que varía entre los 3 centímetros y los 3 metros con una precisión de 3 milímetros. Lo que mide dicho sensor es el tiempo transcurrido entre el envío y la recepción de la señal.

Es posible calcular la distancia tomando en cuenta ciertos factores y empleando fórmulas matemáticas, a continuación se describe dicho proceso.

1. El sensor envía una señal de ultrasonido (imperceptible al oído humano). 2. El sensor recibe la señal enviada tomando en cuenta el intervalo de tiempo empleado por

la señal para regresar. 3. Tomando en cuenta que la velocidad de dicho ultrasonido en el aire es de 340m/s, se

calcula la distancia mediante la siguiente fórmula:

𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 =(𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑) × (𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜)

2

Donde el tiempo es el parámetro que demoró en regresar la señal enviada. Se divide por dos dado que el tiempo medido por el ultrasónico es tanto de ida como de vuelta y solo se requiere la mitad para obtener la distancia.

Bibliografía: Datasheet HCSR04.

Trig

g

Echo


Código de operación

Fig. 7 Código en C / C++ para Flexómetro digital.


Parámetros de comportamiento

Variable Objeto Valor Real

Valor medido

Error Absoluto

Error Relativo

Error Relativo %

Distancia Mesa 103.5 104 -0.5 -0.004830918 -0.48% Distancia Celular 12.5 14 -1.5 -0.12 -12.00%

Distancia Ancho de una cama 98.7 102 -3.3 -0.03343465 -3.34%

Altura Altura de una mesa

74 76 -2 -0.027027027

-2.70%

Altura Altura de un CPU 37.6 38 -0.4 -0.010638298 -1.06%

Distancia Largo de una mesa 107 108 -1

-0.009345794 -0.93%

Distancia Largo del CPU

39.5 41 -1.5 -0.037974684 -3.80%

Tabla 2. Parámetros de comportamiento del Flexómetro Digital.

Exactitud

Partiendo de su definición que es la capacidad de dar indicaciones que se aproximen al verdadero valor de la magnitud medida dentro de un intervalo establecido por el equipo, la exactitud del flexómetro digital está dada por su unidad de medida establecida en centímetros. Los milímetros son percibidos de dos formas dependiendo su valor; si es mayor a cinco el valor es redondeado a la siguiente cifra; si es menor, es descartado.

Cabe mencionar que si se requiere mayor precisión, el equipo puede ser configurado para mostrar dichos valores.

Tolerancia

Con base en los parámetros de comportamiento de las pruebas del equipo se puede establecer el porcentaje de tolerancia de exactitud del valor medido, la cual se encuentra entre el ±5%.

Fidelidad

Éste parámetro depende estrictamente de dos variables, el uso correcto del equipo de acuerdo a las indicaciones descritas en el manual y la batería con suficiente energía para suministrar al equipo.

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