Electronica General

Sistema de reconocimiento de colores para personas con discapacidades visuales

junio 7, 2018marzo 24, 2024soloelectronicosDeja un comentario

ColorDec es un interesantismo proyecto que representará al colegio Lope de Vega de 3ª de el ESO para el concurso RetoTech que organiza ENDESA creado por Esther Scott, Irene Yebra, Irene Jimenez,Lucia Gomez y Paula Vidal , con el propósito de ayudar a personas con discapacidad visual para mejorar su percepción de los colores, gracias a un hardware de bajo coste basado en Arduino y una aplicación móvil que ellas mismas han escrito usando el Mit App Inventor, una herramienta de la que por cierto hemos hablado en numerosas ocasiones en este blog .

El proyecto tiene pues su base en un Arduino Nano, al que le han acoplado un modulo bluetooth para el envío de datos a un smartphone mediante los pines 9 (Rxd) , 8(Txd) para los datos vía serie, así como VCC y gnd para la alimentación desde Arduino al propio modulo Bluetooth.

Para el reconocimiento de colores cuenta con un sensor especializado como es el GY33 ( unos 15€ en Amazon) el cual conectan al propio Arduino via I2C por los pines A4,A5 alimentándose desde el propio Arduino desde los pines 5v y GND.

El GY-33 es un modulo de reconocimiento de color de bajo costo que puede alimentarse entre 3-5 V, con bajo consumo de energía, de tamaño pequeño y facilidad de instalación.
Su principio de funcionamiento radica en que la iluminación de la irradiación de luz LED debe medirse hacia el objeto de modo que la luz de retorno es detectada por los filtros de valores RGB y el propio modulo identifica los colores según los valores RGB.
Este módulo, soporta dos maneras de envió de datos:

Via serie, es decir mediante UART en serie (nivel TTL) configurando la conexión a 9600bps y 115200bps siendo la velocidad en baudios del puerto en serie configurable.
I2C (mediante 2 líneas) que es el que han empleado en este circuito mediante lso pnes A4 y A5 .

El modulo puede hacer un reconocimiento simple de 7 colores y no es necesario calcular el valor RGB o se puede gestionar el dato de una manera compleja como vamos a ver.

Se complementa el circuito final con un pulsador(pin2) con su respectiva resistencia para evitar rebotes y la alimentación de todo el conjunto por un pila de 9v desde los pines VIN y GND de Arduino.

El diagrama final lo podemos ver en la imagen de mas abajo:

esquema

El dispositivo esta pensado para ser portátil de modo que sujetándolo con una mano se apoya en el objeto del que se desea conocer el color , se pulsa el botón para que este lo transmita (tras convertirlo de RBG a HSV) por bluetooth al teléfono móvil del usuario, desde donde una APP lo reproduce hablando en inglés o castellano.

En cuanto al software para este proyecto ha sido realizado utilizando el IDE de Arduino para programar un Arduino Nano, al que se le ha conectado un módulo Bluetooth, un Pulsador y un módulo GY-33 para el reconocimiento de color lo cual es tarea del firmware de Arduino gestionarlo

El programa del Arduino, en su inicialización realiza un balance de blanco, y después espera a que se pulse el pulsador para leer el color, convertirlo a HSV y enviarlo por Bluetooth al móvil.

El código provisional para el firmware de Arduino que aun esta es proceso de mejora nos lo comparten en estas lineas:

Colorview4-ino_3

Ya desde el teléfono, se conecta al Arduino por Bluetooth, se cargan dos arrays con los datos de dos ficheros CSV, uno con los códigos RGB de los colores y otro con los nombre de esos colores .

Se busca el color en el array y si se encuentra ese será el que el teléfono lea en voz alta.

Sino se encuentra entre los más de 600 códigos RGB, se usa el código en HVS para construir una frase que describe como es el color y se envía al sistema de síntesis de voz del teléfono.

La conversión a HVS han tenido que hacerla al no poder ordenar los códigos RGB para poder situarse sobre el color más cercano al leído.

Amablemente nos han compartido sin código escrito con el MIt App Inventor para desplegarlo en un terminal Android

App-Inventor-Blocks 2-page.png

Es sin duda un sistema de mínimo coste que puede ser de muchísima ayuda para identificar los colores para personas con deficiencias visuales, así que le deseamos desde este blog toda la suerte posible . El premio es una plaza para cada una de las cinco en un campamento de verano donde seguirán aprendiendo robótica y programación , así que queridos lectores porfavor si os parece interesante todo el esfuerzo de esta chicas y merece vuestra confianza, esta es la dirección para votar su proyecto:

https://pr.easypromosapp.com/voteme/826101/630232517

Personalmente ya he votado porque me ha parecido impresionante el trabajo realizado , así que desde esta lineas les deseamos toda la suerte en este concurso y ojala puedan seguir aprendiendo y perfeccionando sus conocimientos tecnicos de modo que puedan seguir ayudando a construir un mundo mucho mejor gracias al uso de la tecnología y su ingenio

Watimetro con Arduino

junio 6, 2018marzo 23, 2024soloelectronicos1 comentario

Realmente construir un watimetro no es demasiado complejo cuando hablamos de corriente continua , por ejemplo pensando en una instalación fotovoltaica , pues basta simplemente en recordar la formula física de la Potencia(P) , la cual es el producto de la tensión instantánea(voltios) por la intensidad (Amp ) , es decir P = V x I , expresándose la unidad de potencia en Watt o KW
Pero la potencia en watios, no expresa ensimismo potencia energética, por lo que se recurre al producto de la potencia (vatios) por el tiempo (en horas) , es decir E = P x t , expresándose la unidad de energía que todo conocemos como vatios hora(Wh) o kilovatios hora (kWh).

Si unimos ambas formulas sustituyendo el valor de P obtenemos E =Px t= (V xI) x t , es decir el producto de la tensión e intensidad por el el tiempo

Precisamente pues de la ultima fórmula anterior queda claro que para medir la energía que necesitamos tres parámetros:

Tensión
Intensidad
Tiempo

Veamos pues como obtener estas valores con un Arduino para obtener en tiempo real en un display lcd la potencia en kwh de un sistema en cc

En el siguiente video podemos ver el proyecto funcionando, incluso enviando datos al IoT con Xively (esta opción ya no esta disponible para aficionados)

Medida de tensión

El voltaje se puede medir con la ayuda de un circuito divisor de tensión formado por dos resistencias iguales . Como el voltaje de entrada en cualquier pin analógico de ARDUINO esta limitado a 5V por se logica TTL , el divisor de voltaje servirá para que el voltaje de la salida de ella sea menor que 5V y no queme la electronica interior.

Por ejemplo para una batería que se utilice para almacenar la energía de un panel solar de 6v y 5.5Ah de capacidad , tendríamos que bajar la tensión desde 6.5v a una tensión menor que 5V para no estropear el Arduino.

Si usamos R1 = 10k y R2 = 10K nos da una corriente pequeña 6.5v/(10k+10K)=0,325mA .

Es cierto que se podrían tomar valores de R1 y R2 inferiores, pero el problema es que cuando la resistencia es menor mayor corriente pasas a través de ella generando como resultado gran cantidad de energía disipada en forma de calor(recuerde que P = I ^ 2R) . por tanto el valor de las resistencias puede ser elegido diferente pero debe tenerse cuidado para reducir al mínimo la pérdida de energía a través de las resistencias.

El resultado de la tensión entre una de las resistencias y masa seria igual a R xI =10k x 0.325mA=3.25v que es inferior a 5v y, tensión soportada sin problemas para el pin analógico de ARDUINO

Calibración de voltaje:

Cuando la batería está completamente cargada (6.5v) obtenemos una Vout = 3.25v y ese seria el valor que iría al convertidor analógico digital de un puerto analógico de Arduino

Si tenemos que medir los 3.25v desde el divisor de tensión obtendremos un valor aproximado de 696 en el monitor serial ( sample1 es el valor de ADC corresponde a 3.25v) .

Precisamente con ese valor o tendremos que extrapolar que 3.25v es equivalente a 696, 1 es equivalente a 3.25/696=4.669mv por lo que podemos usar estas dos reglas:

Vout = (4.669 * sample1 ) / 1000 voltios
voltaje de la batería real = (2 * Vout) voltios

Con el siguiente código de Arduino podemos obtener el valor de tensión:

/ / tomar 150 muestras de divisor de tensión con un intervalo de 2 segundos y medio samples data collected for(int i=0;i<150;i++)
{
sample1=sample1+analogRead(A2); //leer el voltaje del circuito divisor
delay (2);
}
sample1=sample1/150;
voltage=4.669*2*sample1/1000;

Medición de intensidad

Para mediciones de intensidad es típico usar una resistencia en serie de poco valor con la carga y medir la diferencia de potencial entre los extremos de esta y luego calcular la intensidad gracias a la la ley de ohm (I=V/R ) donde como vemos dividiríamos este valor por el valor en ohmios de la resistencia

El efecto Hall se basa en la producción de una diferencia de potencial(el voltaje de Hall) a través de un conductor eléctrico, transversal a una corriente eléctrica en el conductor y un campo magnético perpendicular a la corriente.

Afortunadamente actualmente existen CI especializados como son los sensores de corriente basados en efecto Hall ACS 712

Existen comercialmente sensores de la gama ACS712 para diferentes rangos de corrientes máximas , así que se debe escoger este según su requisito,como por ejemplo para una corriente máxima de 20 A.

En el esquema vemos un LED como una carga ( aunque la carga real sera diferente) .

Tambien vemos el ACS 712 (soporta 20Amps DC) ofreciendo una una salida analógica 100mV/A

Tambien es destacar la alimentación del Arduino cuya salida alimenta a través de la placa de prototipos a la ACS712

La calibración es muy sencilla :
La lectura analógica produce un valor de 0-1023, equiparando a 0v a 5v analógico .Leer 1 = (5/1024) V = 4.89mv
Valor = (4,89 * valor analógico leído) / 1000 V, pero según hojas de datos offset 2.5V (cero corriente obtendrá 2.5V del sensor de salida)
valor Actual = (valor 2.5) V
corriente en amp = valor real * 10

Código de ARDUINO:

/ / tomando 150 ejemplos de sensores con un intervalo de 2 segundos y luego media de los datos de las muestras recogidos
for (int i = 0; i < 150; i ++)
{
+= sample2 analogRead(A3); // leer la corriente de sensor
delay(2);
}
sample2 = sample2/150;
=(5.0*sample2)/1024.0;
actualval = val-2.5; //tensión de offset es 2.5v
amperios = actualval * 10;

Medición del tiempo

Para la medida del tiempo no se necesita ningún hardware externo, pues ARDUINO en sí mismo tiene contador de tiempo incorporado.

La función millis() devuelve el número de milisegundos desde que la placa Arduino comenzó a ejecutar el programa actual.

Código de ARDUINO:

long milisec = millis(); // calcular el tiempo en milisegundos
long time=milisec/1000; // convertir de milisegundos a segundos

Calculo de la potencia y energía

Estas son las formulas basicas empleadas por el fw en Arduino:

totamps = totamps + amperios; //calcular amperios total
avgamps = totamps/tiempo; // promedio de amps
amphr =(avgamps*time)/3600; // Ah
Watts = voltaje * amperios; //Potencia = Voltaje * corriente
energía =(watt*time)/3600; // Vatios-seg vuelve a convertir en Watt-hora dividiendo 1hr(3600sec)
energy=(watt*time)/(1000*3600); //para la lectura en kWh

Todos los resultados se pueden visualizar en el monitor serial o mediante una pantalla LCD de 16 x 2 caracteres para mostrar todos los resultados obtenidos en los pasos anteriores.

El conexionado del LCD sigue la conexión estandar de 4 pines para la linea de datos mas las señales de control RS,RW y Enable

Asimismo también es necesario un trimer de 10k para el contraste de la pantalla

Resumidamente estas son pues las conexiones para el lcd

LCD -> Arduino
1. VSS -> GND de Arduino
2. VDD -> Arduino + 5v
3. VO -> Arduino GND pin + resistencia o potenciómetro
4. RS -> Arduino pin 8
5. RW -> Arduino pin 7
6. E -> pin Arduino 6
7. D0 -> Arduino – no conectado
8. D1 -> Arduino – no conectado
9. D2 -> Arduino – no conectado
10. D3 -> Arduino – no conectado
11. D4 -> Arduino pin 5
12. D5 -> Arduino pin 4
13. D6 -> Arduino pin 3
14. D7 -> pin Arduino 2
15. A -> Pin 13 de Arduino + resistencia (potencia de luz de fondo)
16. K -> Arduino GND (tierra de luz de fondo)

A continuación este es el código de ejemplo para sacar por el monitor serie los valores calculados

Serial.Print («tensión:»);
Serial.print(voltage);
Serial.println(«Volt»);
Serial.print («actual:»);
Serial.print(amps);
Serial.println(«Amps»);
Serial.print («potencia:»);
Serial.print(watt);
Serial.println(«Watt»);
Serial.print («energía consumida:»);
Serial.print(energy);
Serial.println(«Watt-Hour»);
Serial.println(«»); //imprimir los siguiente conjuntos de parámetro después de una línea e

delay(2000);

Para manejar el LCD tiene que primero importar la biblioteca de «LiquidCrystal» en el código.

A continuación este es el código de ejemplo para sacar por el display lcd los valores calculados:

#include
lcd (8, 7, 6, 5, 4, 3, 2);
luz int = 9;

void setup()
{
pinMode (luz de fondo, salida); //set pin 9 como salida
analogWrite (contraluz, 150); //controls la intensidad de luz 0-254
lcd.begin(16,2); / / columnas, filas. tamaño de pantalla
LCD.Clear(); claro la pantalla
}
void loop()
{
lcd.setCursor(16,1); / / establecer el cursor fuera de la cuenta de pantalla
lcd.print(«»); imprimir carácter vacío
delay(600);

impresión de potencia y energía que un LCD / / /
lcd.setCursor(1,0); coloca el cursor en la columna 1 y fila 1

LCD.Print(Watt);
lcd.print («W»);
lcd.print(voltage);
lcd.print(«V»);
lcd.setCursor(1,1); coloca el cursor en la fila 1 columna y 2 º
lcd.print(energy);
lcd.print («WH»);
lcd.print(amps);
lcd.print(«A»);
}