Xwork's Blog

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Vamos a programar #51 - Terminando el velocímetro.

Hola de nuevo a todos, el día de hoy vamos a terminar con el velocímetro para bicicleta. Hoy veremos los esquemas, conexiones y el código par hacerlo funcional.
Así luce en el empaque menos prolijo.

El hardware

Para empezar veamos las conexiones.

  • De la pantalla 1602A
    • VSS va a tierra.
    • VDD va a5v.
    • VO controla el contraste de la pantalla, un valor aceptable son 2.2KOhms.
    • RS va al pin 12 del arduino (se puede modificar).
    • RW va a tierra.
    • E va al pin 11 del arduino.
    • D4 al pin 9 (se puede modificar).
    • D5 al pin 8.
    • D6 al pin 7.
    • D7 al pin 6.
    • A va a 5V.
    • K va a tierra.
  • Del sensor de efecto Hall 1
    • Data va al pin 3.
  • Del sensor de efecto Hall 2
    • Data va al pin 4.
Con la conexiones anteriores, tendremos listo lo necesario, la pantalla puede ser un poco diferente pero esta al ser la mas barata, funcionara de maravilla, puedes omitir el segundo sensor de efecto hall, tendrá utilidad pero no por ahora.

Con lo anterior, empezaremos con el montaje. Lo principal es montar el sensor y los imanes. procurando que todo este lo mas asilado posible, usar plástico termo-contraible es una buena opción para esto.

Para conectar el sensor, use cable de red, solo separe tres hilos y los trencé, luego los aseguré a la tijera que sostiene la llanta usando cinchos de plástico, procurando dejar la longitud adecuada para que cuando el amortiguador recupere su posición original, no tense o afloje de más el cable y pueda atorarse en la llanta.
Dicen que en una bicicleta el polvo es sinónimo de uso rudo (o de que no se limpia seguido).

Después, solo busque una caja de plástico que tenía por ahí, le hice una perforación en donde ajustara la pantalla y simplemente metí todos los componentes.

Para alimentar todo el circuito, uso un power bank, al inicio planeaba usar una batería de litio de un teléfono viejo, pero por cuestiones de espacio, no fue posible, además por ahora, la carcasa será temporal por lo que todo se puede remover fácilmente (exceptuando la caja). Toda la alimentación se hace directo del power bank, incluso si miras bien el esquema, verás que se hace uso de los pines VIN y GND del arduino.

El software.

Ahora pasemos a la parte del software, el código esta listo para usarse, lo único que debes de modificar es la circunferencia de la llanta, en mi caso es una de 24x1.125, pero la más común es de 26xX.XXX, además también debes de incluir la librería para controlar la pantalla.

// Incluir la libreria para la pantalla
#include <LiquidCrystal.h>
// Pines usados en la pantalla extraido de los ejemplos incluidos en la libreria
const int rs = 12, en = 11, d4 = 9, d5 = 8, d6 = 7, d7 = 6;
// iniciar el objeto LiquidCrystal
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);
// Este es el valor que debes de modificar para que funcione correctamente
// Puedes ver instrucciones en https://xworkforall.blogspot.mx/2018/03/vamos-programar-49.html
const float Llanta = 1.9572;
//Algunas variables
const int HallSensor1 = 3;
const int LED =  13;
int HallState = 0;
int Vuelta = 0;
int OldState = 0;
unsigned long OldTime = 0;
float Distancia = 0;
float Speed = 0;
//Incializar todo
void setup() {
 Serial.begin(9600);
 lcd.begin(16, 2);
 lcd.setCursor(0, 0);
 lcd.print("@XWork");
 pinMode(HallSensor1, INPUT);
 attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(HallSensor1), GetVelocity, LOW);
 pinMode(LED, OUTPUT);
}
// Calcular la velocidad
void GetVelocity() {
 if (millis() - OldTime > 70) {
  Speed = Llanta / ((float)( millis() - OldTime) / 1000) * 3.6;
  OldTime = millis();
  Distancia = Distancia + Llanta / 1000; 
 }
}
//Bucle principal
void loop() {
 Serial.println("Velocidad en m/s");
 Serial.println(Speed);
 lcd.setCursor(0, 0);
 lcd.print("v= Km/h D = Km");
 lcd.setCursor(0, 1);
 lcd.print(Speed);
 lcd.setCursor(8, 1);
 lcd.print(Distancia);
  if ((millis() - OldTime) > 2000)
  Speed=0.0; 
}

Las conexiones se hacen de acuerdo al hardware.

Conclusion.

Con esto hemos creado un velocímetro, debo de admitirlo, aun no lo he probado (al menos en el momento en que este post se publicó), pero en cuanto lo haga, pondré cualquier actualización necesaria.

El segundo sensor de efecto hall, se va a usar para activar una luz de frenado, usando el mismo principio, en cuanto la palanca de freno se presiona, si acercamos un imán al sensor que estará fijo al manubrio, esto activará una luz roja en la parte posterior de la bicicleta (tal y cómo los autos). Probablemente también en un futuro se agregue la función de luces direccionales, aun no figuro cómo hacerlo de manera eficiente.

Y bien, por ahora es todo, el código completo para arduino lo puedes descargar de mi dropbox, recuerda que puedes modificarlo a tu gusto.

Los leo luego.

Vamos a programar #50 - ¿Debo usar las interrupciones de arduino?

Hola de nuevo a todos el día de hoy vamos a continuar con la construcción del velocímetro para bicicleta, pero antes de continuar, vamos a tomar una decisión importante.
En algunos de los post anteriores, vimos código que se encargaba de contar las vueltas que llevaba un motor (usando un sensor de efecto hall y un par de imanes), pero poco después, alguien me contacto en twitter y me dijo que esa no era la manera correcta de hacer la medición, que arduino posee las herramientas necesarias para medir de una manera más precisa. En arduino, es posible asignarle prioridad a uno de los pines, dependiendo de modelo de la placa, al menos dos pines tendrán esta capacidad.

Las interrupciones, se dan cuando se detecta un valor en un pin, siempre y cuando este se haya inicializado con attachinterrupt(), esta es una manera de indicar que uno de los pines tendrá prioridad y cuando su valor cambie (ahorita veremos de que modo), se llevará a cabo cierta acción, esto es independiente a lo que arduino este haciendo.

La función attachinterrupt(), toma 3 argumentos. El primero; es el pin en el cual arduino "vigilará". El segundo; es la función que se ejecutará cuando se detecte un cambio en el pin designado. El tercero, será la forma en que arduino se dará cuenta del cambio.

Para designar el pin, debemos de tomar en cuenta el modelo de arduino, en mi caso, el arduino uno dispone de los pines 2 y 3 (para los modelos Mega y Micro tambien aplica).

La función que se usará cómo segundo parametro, no debe de requerir de ningun parametro y tampoco debería de devolver nigun valor.

Para el modo en que arduino detectará el cambio, disponemos de los siguientes:

  • LOW
  • CHANGE
  • RISING
  • FALLING
  • HIGH
 LOW ocurre cuando el pin esta en ese estado (LOW), CHANGE ocurre cuando el pin pasa de HIGH a LOW o viceversa, RISING ocurre cuando el pin pasa de LOW a HIGH, FALLING ocurre cuando el pin pasa de HIGH a LOW y finalmente HIGH, este ocurre cuando el pin esta en estado HIGH (valga la redundancia).

Para apreciar mejor, veamos el siguiente fragmento de codigo:

#include <LiquidCrystal.h>
const int rs = 12, en = 11, d4 = 9, d5 = 8, d6 = 7, d7 = 6;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);
const float Llanta = 1.9572;
//Algunas variables
const int HallSensor = 3;
const int LED =  13;
int HallState = 0;
int Vuelta = 0;
int OldState = 0;
unsigned long OldTime = 0;
float Distancia = 0;
float Speed = 0;
//Incializar todo
void setup() {
 Serial.begin(9600);
 lcd.begin(16, 2);
 lcd.setCursor(0, 0);
 lcd.print("@XWork");
 pinMode(HallSensor, INPUT);
 attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(HallSensor), GetVelocity, LOW);
 pinMode(LED, OUTPUT);
}
void GetVelocity() {
 if (millis()-OldTime > 70) {
  Speed=Llanta/((float)(millis()-OldTime)/1000)*3.6;
  OldTime=millis();
  Distancia=Distancia+Llanta/1000; 
 }
}
//Bucle principal
void loop() {
 Serial.println("Velocidad en m/s");
 Serial.println(Speed);
 lcd.setCursor(0, 0);
 lcd.print("v= Km/h D = Km");
 lcd.setCursor(0, 1);
 lcd.print(Speed);
 lcd.setCursor(8, 1);
 lcd.print(Distancia);
  if ((millis()-OldTime)>2000){
  Speed=0.0; 
  }
}
Podemos observar que además de la declaración normal del pin (3), justo debajo hacemos la inicialización del pin que se usara para las interrupciones y hacemos uso de la función digitalPinToInterrupt() y le asignamos cómo parámetro el pin que antes habíamos iniciado (el pin 3), luego pasamos cómo parámetro la función GetVelocity(), esta es la que se ejecutará cada vez que se de la interrupción. Finalmente en el ultimo parámetro, le decimos que la interrupción se dará cuando el pin este en LOW

El código anterior es la mejor forma de hacer la cuenta, el código de post anterior cumplía y funcionaba, pero si por alguna razón la rueda girara muy rápido, llegaría el punto en que algunas de las lecturas del sensor del lector serian omitidas. Y bien, por ahora es todo en el próximo post terminaremos con este preyecto.

Los leo luego.

Vamos a programar #49 - Inútil apps #3 - Cómo calcular la velocidad.

Hola de nuevo a todos, el día de hoy vamos a continuar con la construcción de un velocimetro para bicicleta, en el post anterior vimos cómo hacer uso del sensor de efecto hall para poder detectar cuando es que la rueda da una vuelta completa (o cuando un imán es detectado por el sensor). Asi que ahora vamos a ver una parte importante.

Para que el velocimetro quede bien, pienso que al menos debe de medir lo siguiente:

  1. Velocidad (obviamente).
  2. Distancia.
  3. RPM (revoluciones por minuto).
Bien, con lo anterior solo necesitaremos saber cual es la forma de calcular la velocidad. La forma más simple de hacerlo, es usando la formula fisica: v= d/t; donde v es la velocidad en Km/h, d es la distancia en Km y t es el tiempo en horas.

Al mirar el enunciado anterior, podemos determinar que es lo que ya tenemos; la velocidad, es lo que queremos saber, distancia, esta la podemos obtener y el tiempo; para este, arduino cuenta con varias formas de "contar el tiempo".

Obteniendo la distancia.

Para poder obtener la distancia, tenemos que medir cual es la circunferencia de la rueda, hay varias forma de obtenerla.

La primera es mirando la siguiente tabla:

Diámetro Medida rueda (mm)
16x1.75x2 1272
20x1.75x2 1590
24x1 3/8 1948
24x1.75x2 1907
26x1 1973
26x1.5 2026
26x1.6 2051
26x1.75x2 2070
26x1.90 2089
26x1.95 2050
26x2.00 2114
26x2.125 2133
26x1 3/8 2105
26x1 3/8x11/2 2086
26x3/4 1954
27x1 1/4 2199
27x1 1/4 Fifty 2174
27.5x2.10 2150
27.5x2.25 2195
28x1.5 2224
28x1.75 2268
28x1 1/2 2265
28x1 3/8x1 5/8 2205
29 x 2.10 2300
Para saber cual es tu llanta, bastará con revisar un costado de la misma, en mi caso es 24x2.125 (que no esta en la tabla), al revisar, no hay una medida para esa, por lo que pasaremos al siguiente metodo.

Si al revisar la tabla no viste un valor igual al tuyo, podemos obtener la circunferencia si usamos la siguiente formula: C = D * π, Donde C = a la circunferencia en centimetros, D = al diametro en centimetros y π = al numero pi (3.141592654), el diametro lo podemos obtener si usamos una regla para medir. En mi caso, la llanta tiene un diámetro de 62.3 cm, al aplicarlo a la formula anterior, tenemos que la rueda tiene una circunferencia de 195.72 cm.

Otra opción y la mas viable, es medir la circunferencia dando una vuelta, es decir poner una marca en la rueda y en el suelo; pedalear hasta dar una vuelta completa y medir la longitud de la linea.En mi caso la mediad resultante fue de 194.6 cm y esta medida es la mejor, porque ya cuenta con mi peso y si vemos no es muy diferente a la del calculo anterior.

Ahora ya podemos tener la distancia, sabemos, que en mi caso, cada vuelta representan 195.72 cm, la manera simple, es sumar cada medición, por lo que si al dar una vuelta sumamos 195.72 cm, al dar la segunda tendremos 391.44 cm y asi sucesivamente, por lo que la distancia la podemos definir de la siguiente manera: d=195.72 * N° de vuelta, para hacer más fácil la visualización, vamos a convertir los 195.72 cm a m lo que resulta que cada vuelta son 1.9572 m.


Obteniendo la velocidad.

Ahora que tenemos la distancia, podemos obtener la velocidad, de la formula v=d/t, solo nos queda determinar el tiempo. al inicio pensaba usar el modulo de reloj ds1302, pero no se me hacía rentable, dado que solo podria medir tiempo en segundos, cómo programador, se que cada procesador es capaz de llevar la cuenta del tiempo (relativamente), al investigar un poco, vi que arduino cuenta con las funciones millis() y micros() que; respectivamente, llevan la cuenta de los milisegundos y los microsegundos desde que se empezo a ejecutar el programa (desde que se incendio?), para nuestros fines, podemos usar la función millis().

Con un temporizador, podemos tomar el tiempo de cada cuanto el sensor se activo, para eso, primero haremos la medicion de "en que momento estamos" y cuando el sensor detecte un cambio, anotar el tiempo, despues restaremos el tiempo de inicio con el del final y ese lapso de tiempo nos indicará, cuanto tiempo le toma avanzar 1.9572 m (en mi caso).

Con esa información, podemos crear una función en arduino cómo la que sigue:

// {...}
//obtener la velocidad
float GetVelocity(){
	float Velocity = Distancia/((float)(millis()-OldTime)/1000);
	OldTime=millis();
	return Velocity;
}
// {...}

Con esta estaremos midiendo la velocidad en metros por segundo. para hacer la conversion a Km/h, debemos de multiplicar por 3600 (segundos en una hora) y dividir entre 1000 (metros por cada kilometro).

Hay que tener en cuenta algunas consideraciones, ¿cuando es prudente decir que la bicicleta se detuvo? en mi experiencia, el usuario normal, no puede ir muy lento asi que haremos las preparaciones para que cuando el sensor no se active en al menos tres segundos, asumamos que la bicicleta se ha detenido.

Y bien, por ahora es todo, en el siguiente post implementaremos todo el código neceario.

Los leo luego.

Vamos a programar #48 - Inútil apps #3 -Velocímetro para bicicleta, sensor de efecto Hall.

Hola de nuevo a todos. El día de hoy vamos a ver una pequeña introducción a la construcción de un velocímetro.

Cómo algunos sabrán, tengo cierta afición por hacer viajes en bicicleta, pero cómo soy un hombre de números, siempre me ha gustado cuantificar lo que hago (en medida de lo posible), así que decidí llevar la cuenta de la actividad que hacía. Por fortuna, muchos de los teléfonos actuales, tienen aplicaciones que ayudan a llevar el registro (gracias a sensores y al GPS).
Hasta hace poco tenía la idea de hacer una versión propia de un programa que lleve todos esos datos, pero un par de eventos bastante desafortunados, bastaron para pensarlo dos veces. Entonces opté por comprar un velocímetro, lo encargue desde China y tenía un tiempo estimado de entrega de dos meses, pero por sismos y varias cosas, no llegaron (ya va medio año prácticamente, pero aun espero su llegada junto con la de algunos paquetes mas grandes).
Al revisar cómo es que funcionan, noté que la gran mayoría funcionan de la misma manera; se pone un sensor en la tijera que sostiene una llanta y cada vez que ésta da una vuelta, de alguna manera se notifica. En el caso del velocímetro que encargue, en el manual (de internet) decía que se debía de pegar un imán a un rayo de la llanta y el sensor ponerse fijo en la tijera, al revisar más a detalle, averigüe que se trataba de un sensor de efecto Hall.

El sensor de efecto Hall.

El sensor de efecto Hall o simplemente sensor Hall o sonda Hall (denominado según Edwin Herbert Hall) se sirve del efecto Hall para la medición de campos magnéticos o corrientes o para la determinación de la posición en la que está.
Si fluye corriente por un sensor Hall y se aproxima a un campo magnético que fluye en dirección vertical al sensor, entonces el sensor crea un voltaje saliente proporcional al producto de la fuerza del campo magnético y de la corriente. Si se conoce el valor de la corriente, entonces se puede calcular la fuerza del campo magnético; si se crea el campo magnético por medio de corriente que circula por una bobina o un conductor, entonces se puede medir el valor de la corriente en el conductor o bobina.
Si tanto la fuerza del campo magnético como la corriente son conocidos, entonces se puede usar el sensor Hall como detector de metales. Wikipedia/SensorHall
Ahora veremos cómo conectar el sensor de efecto hall, para hacerlo, necesitas lo siguiente:

  1. Sensor efecto hall.
  2. Resistencia 1KΩ  ~10KΩ. 
  3. Arduino

En mi caso, el sensor es el 44e938, cuyos pines son:


  1. Supply (4.5~24V).
  2. Ground.
  3. OutPut.
Para conectarlo, simplemente debemos de conectar la pata uno a V+, en este  caso 5V, Ground a tierra y output a un pin del arduino. Para poder sensar correctamente, debemos de poner una resistencia entre la pata 3 (output) y la pata 1 (supply), al inicio veía esquemas en los cuales siempre usaban resistencias de 10K, pero en mi caso y por el tamaño de los imanes que uso, con una resistencia de 1K fue más que suficiente. Si la resistencia no se pone, el sensor queda muy sensible (valga la redundancia) y detectara cambios tan pequeños en el flujo magnético que incluso acercar tu dedo afecta. OutPut lo conectaremos a un pin del arduino, si quieres probar el código, puedes conectarlo en el pin 3.

Con lo anterior pasemos al código.
//Pin al que coenctaremos el sensor
const int HallSensor = 3;
//LED para mostrar el cambio en caso de no disponer del monitor serie
const int LED =  13;
//Estado del sensor
int HallSensorVal = 0;
//Número de vuelta
int Lap = 0;
//Estado anterior del sensor
int OldState = 0;
//Inicializar lo necesario
void setup() {
	Serial.begin(9600);
	pinMode(LED, OUTPUT);
	pinMode(HallSensor, INPUT);
}
//Bucle princial
void loop() {
	HallSensorVal = digitalRead(HallSensor);
	if (OldState != HallSensorVal) {
		if (HallSensorVal == LOW) {
			digitalWrite(LED, HIGH);
			Lap += 1;
			Serial.println("Vuelta:");
			Serial.println(Lap);
			delay(1);
		}
		else {
		digitalWrite(LED, LOW);
		}
	}
	if (Lap > 99)
		Lap = 1;
	OldState = HallSensorVal;
}

El código anterior, lo único que hace, es verificar cual es el estado del sensor, cuando esta en modo "LOW", prende el LED que viene por default en el pin 13 y a la variable "Lap" le suma 1 (indicando una vuelta). Para probar el código anterior, necesitaras también un par de imanes, en mi caso, los extraje de un quemador de CD viejo, y los pegué en un motor (también extraído del lector de CD).
El resultado:

Con esto podemos probar que el sensor funciona de manera correcta.

Y bien, por ahora es todo, en el siguiente post, veremos cómo medir distancia y velocidad con el mínimo hardware posible. Aun no he decidido si usar las matrices para mostrar los datos o usar una pantalla LCD (cómo la del nokia) o incluso pantalla de siete segmentos. El código lo puedes copiar y pegar para usarlo, en cuanto este completo lo subire a mi dropbox.

Los leo luego.