Detector de color.Practica 4Instrumentacin DigitalProfesor: M.I. Jose Luis Lpez RamrezCastil lo Prez Jess EnriqueGarcidueas Vargas Adriana RocoLpez Pia Azucena13 de junio del 2014I. ObjetivoInstrumentar una fotoresistencia para detectar el colorde la luz que emite un LED.II. IntroduccinUna fotorresistencia es un componente electrnico cuyaresistencia varia en funcion de la luz. (Figura 1).Sufuncionamientosebasaenel efectofotoelctrico.Un fotorresistor est hecho de un semiconductor de altaresistencia como el sulfuro de cadmio, CdS. Si la luz queincide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotonessonabsorbidos por las elasticidades del semiconductordando a los electrones la suciente energa para saltar labanda de conduccin. El electrn libre que resulta, y suhueco asociado, conducen la electricidad, de tal modo quedisminuye la resistencia. Los valores tpicos varan entre1 M , o ms, en la oscuridad y 100 con luz brillante.Las clulas de sulfuro del cadmio se basan en la capaci-dad del cadmio de variar su resistencia segn la cantidadde luz que incide en la clula. Cuanta ms luz incide, msbaja es la resistencia. Las clulas son tambin capaces dereaccionar a una amplia gama de frecuencias, incluyendoinfrarrojo (IR), luz visible, y ultravioleta (UV).Fig 1. LDR.III. Material1 Arduino UNO4 Resistencias 10 K1 LDRIV. DesarrolloEn esta prctica se desarroll un sistema para laidenticacin del color mediante el uso de una fotoresistencia y un puente de Wheatstone.La fotorresistencia como ya se ha explicado es unaresistenciavariablequedisminuyesuvalormedianteelincrementodeluz, oparaser ms precisomedianteelincremento de paquetes de energa del espectro de luz, esdecir fotones, que impactan la zona sensible de la misma.Debido a esto tenemos que existen mltiples variables aconsiderar para un apropiado funcionamiento del sistemayaqueladistancia, el ngulodeincidenciadelaluzyobviamente el color, son factores que afectan la cantidadde fotones que llegan a la supercie de la fotorresistencia.Los primeros dos factores estn estrechamenterelacionados yaqueamayor distancialaluzcomienzaadispersarse, esdecir, comienzaaabrirseendiferentesdirecciones, loque provocaque aunestandolafuenteemisorade luz de frente al receptor, este recibacadavez menor cantidad de paquetes de energa dando comoresultadounamenor excitacindelos electrones enelmateriasemiconductor quelocomponeypor lotantodejando a mayor distancia una mayor resistencia.Como ya se coment, esto va estrechamente relacionadocon el ngulo de incidencia ya que si la fuente emisora seapunta con un cierto ngulo diferente de 90 lo que llega ala fotorresistencia es solamente una componente del totalde paquetes de energa que enva la fuente emisora, lo queocasiona, como se mencion en el prrafo anterior, que elmaterial semiconductor se vea excitado en menor medidadejando mayor resistencia que si ste se bombardea con eltotal de paquetes de energa que la fuente emisora puedeenviar.Finalmente debido al color en el espectro de luzvisible se tiene que para los colores clidos como sonel rojo, anaranjadoyamarillo, lafrecuenciadelaondaelectromagntica es relativamente baja, haciendo estoscolores, portadoresdeunamenorcantidaddeenergaopaquetes de energa, encomparacinasucontrapartede colores fros como el violeta y el azul, los cualesposeen frecuencias ms altas y por tanto envan unamayor cantidadde energa. Estos factores fueronmuyimportantes a la hora de realizar el experimento ya quese tuvo que encontrar la forma de controlarlos todos dela manera ms precisa posible, esto idealmente se hubiesepodido lograr mediante el uso de bra ptica, sin embargoporfaltadelamisma, seutilizuntubodeantenadetelevisin que posee un dimetro similar al del led, peroque sinembargonopermite que entre completamentedebido al tope que estos poseen en su empaque epxido.Esto nos permiti tanto poder mantener la distanciasiemprejadelafuenteemisoraal receptor, as comopoder evitar las variaciones ms signicativas en el ngulode incidenciade laluz sobre el receptor debidoaunngulo en la posicin del emisor. Todo esto con el n deaislarlavariabledeintersqueesel color, obteniendo,mediante el puente de Wheatstone, que no es ms que undivisor de corriente seguido de un divisor de voltaje, unrango de valores de voltaje nico para cada color.Este valor de voltaje analgico es ledo por y transfor-madopor el convertidor analgicodigital delatarjetaArduinoUno, yesexportadomedianteel puertoserialUSBaunprogramaenLabViewdondeesinterpretadoy exhibido como una tonalidad especca del color cuyorango de voltaje est siendo ledo.El programadesarrolladoenLabviewquepermitalacomunicacin y el despliegue en la pantalla del ordenadorpudiendo ver la lectura del color que capto la Fotorresis-tencia como se muestra en la Figura 2.Fig 2. Programa en LabviewAcontinuacinenlaFigura3semostraralainterfazdesarrollada para el despliegue de los resultados arrojadosde nuestra tarjeta Arduino UNO. Podemos identical elareadel color capturadoel valor dereferenciayotrasutilidades para ajustar el valor de entrada.Fig 3. Interfaz desarrollada.El siguiente esquema muestra el rango de volts de quepunto pasa de un color a otro. Por ejemplo el color blancose obtiene desde los cero volts hasta los 0.18, a partir deah, comienzaavariardetonalidadesdemoradohastaque en 0.45 volts se obtiene el morado identico al color delcuadro desplegado, de ah se empieza a variar de moradoaazul hastaqueen0.85voltsseobtieneel colorazulexacto que esta en el cuadrito y asi sucesivamente. Asi escomo pudimos denir nuestro rango de valores y obtenerresultados mas presisos.Fig 4. Tabla de Rangos.V. ResultadosComo resultado obtumimos una lectura precisa denuestra Fotorresistencia, los colores que utilizamosfueron: Morado, Azul, Azul intenso, Amarillo, Rojo,Naranja y Blanco.En las siguientes guras mostraremos algunos ejemplosde captura de la Fotorresistencia (Figura 5, 6 y 7).Fig 5. Sistema sometido a Luz Morada.Fig 6. Sistema sometido a Luz Amarillo.2Fig 7. Sistema sometido a Luz Roja.VI. ConclusionesCastillo Prez Jess EnriqueEsta prctica fue muy interesante ya que por primeravez se vio el uso prctico de un puente de Wheatstone yse trabaj con una fotorresistencia.Una de las cosas que ms llamaron la atencin fue la altasensibilidad de sta ltima ya que reaccionaba de formamuy signicativa a variaciones muy ligeras del ngulo deincidenciadelaluz, el coloryladistanciadelafuenteemisora de luz hacia esta.El mayor problema fue precisamente encontrar lamanera de controlar de la forma ms precisa la mayorade estas variables, principalmente el ngulo de incidenciade la luz, problema que de forma ideal se hubiese podidoresolver mediante el uso de bra ptica pero que sinembargo, por las limitaciones de tiempoymaterial seresolvi utilizando un conducto cilndrico (antena de TV)de dimetro similar al de las fuentes emisoras de luz(LED) el cual permite colocar las fuentes emisoras de luzsiempre a una distancia constante y con una permisividadde variacin en el ngulo de incidencia muy baja.La otra parte complicada fue poder exhibir el color deuna forma dinmica y esttica mediante LabView para locual se utiliz el indicador de rampa de colores pero quesin embargo no fue fcil de congurar para la obtencin delespectro de colores apropiado en dicha rampa puesto queviene congurada por default con una escala nicamentede azules.Garcidueas Vargas Adriana RocoEn el desarrollo de esta prctica, una vez ms activamosel controlador del software Labviewparacomunicar elArduino UNO, con la computadora desplegando unainterfaz sencilla y fcil de entender para el usuario.Una vez ms utilizamos la tarjeta Arduino comoconvertidor anlogo digital para ver la seal que nosenviabael puentedeWheatstone, enestecasonuestraresistencia variable fue una Fotorresistencia, la cualantes de conectarla hicimos varias mediciones paraver los rangos de resistenciaque tenayas armar elpuenteacordeaunabuenalecturayresolucin, yaquela Fotorresistencia la sometimos a emisores de luz dedistintos colores, los cuales tuvimos muchos problemascon colores similares ms sin embargo pudimos adecuar elvalor de nuestra seal de entrada para que nos arrojara elcolor correcto, pues era muy sensible a cualquier cambiopequeoquesehicieraenel sistemafsico, porejemplosi el LEDestaba ala intermedie, sin cubrir pequeasinltraciones de luz que el mismo material del LEDlo permite, pues erantransparentes, a ello recurrimosavarios mtodos paraevitar muchos detalles que nosalteraran nuestras mediciones, en resumen, aislamoscualquier lugar que causara interferencia en el sistema.Estuvo muy bien pense sinceramente que iba a ser masdicil esta prctica pero si debo de reconocer el tiempo quededicamos fue mas de lo que esperaba pero esto fue porquedesconociamos la sencibilidad de una Fotorresistencia.Lpez Pia AzucenaAunquelainstrumentacindeestprcticafuerela-tivamentefcil, llevaracabolasmedicionesfuelomscomplicado ya que la fotoresistencia era muy sensible y nocontamos con el circuito linealizador, tuvimos problemasprincipalmente con los colores clidos, los cuales cremosque se debieron a la frecuencia que tienen el naranja y elrojo (que eran los colores clidos con los que contamos).El programasebasenel voltajeqerecibael arduinodesde nuestro puente de Wheatstone dependiendo del colorde luz que reciba la fotoresistencia.VII. Referencias1 Apuntes de Clase.2 Manuales de Labview.3