Hace unos años empecé buscando sondas de humedad para reemplazar la que se había estropeado en la granja, puesto que comprar una igual, me costaba 200 euros. Al final lo dejé por imposible porque fui incapaz de encontrar nada. Hace unos días decidí volver a buscar algo más económico, y encontré una sonda de humedad por 26 euros + IVA en una tienda de Bilbao. El problema de ésta sonda, una Honeywell HIH-4000, es que el rango de operación es de 0,8V a 3,9V aproximadamente, y lo que yo necesitaba era un rango de operación de 0-5V (para humedades relativas de 0 a 100%). Pese a ello decidí comprarla y después una vez tenerla en casa enredar e intentar mediante otros componentes electrónicos adaptar su salida de 0 a 5V.

Pedí la sonda por la página web y en unos días me llegó. Todo perfecto. La sonda en cuestión, es igual que la sonda de temperatura del post anterior, del tamaño de un transistor y con tres patas (alimentación, tierra y salida). Ahora venía lo difícil, ¿cómo conseguir adaptar su salida a lo que yo quería? Tenía que bajar el voltaje mínimo y subir el voltaje máximo. Googleé y googleé y al final encontré una solución: un amplificador restador. Con este circuito podía amplificar la señal y a la vez restarle un voltaje de forma que el rango de operación de mi sonda completa fuera de 0 a 5V. El esquema de este circuito sería…

Amplificador restador

En el que el voltaje de salida sería…

Ecuación Amplificador Restador

Lo siguiente es hacer las ecuaciones que queremos que se cumplan. En nuestro caso queremos que a

• 0% de humedad relativa (cuando el Vsonda=0.8V aprox.) nuestra Vout=0V
• 100% de humedad relativa (cuando Vsonda=0.8+0.0306*100=3.86V)  nuestra Vout=5V

Es decir, Vout debería de cumplir la siguiente ecuación

Ecuación Vout sonda

De ésta forma,

• 0% de humedad relativa, el voltaje de Vsonda será 0.8V y Vout será =0V
• 100% de humedad relativa, Vsonda=3.9 y Vout=5V

Ahora lo único que hay que hacer es igual los dos términos de la ecuación del amplificador restador y de la ecuación Vout sonda.

Haciendo ésto, nos salen las siguientes relaciones entre variables

Relacion entre variables

Como se puede ver de la segunda ecuación el valor de Vrestar tiene que ser menor de 1.41V puesto que de otra forma, la relación entre R2 y R4 sería negativa, es decir tendríamos resistencias negativas, que creo que hasta el momento no se han inventado

Colocando Vrestar=1V -> R3=1.3R1 y R2=0.4R4

Con éstas variables y redondeando un poco los valores de las resistencias serían

• Vrestar=1V
• R1=1k
• R3=1.3k
• R4=10k
• R2=4k

Ahora el problema viene en cómo poner 1V en Vrestar. La forma más fácil es utilizando los 5V de alimentación y colocar un potenciómetro de 4.7k con una resistencia de 1k en serie y ajustarlo de forma que en el punto de conexión entre ellos sea de 1V. Otra opción sería colocar 5 resistencias iguales y tomar el voltaje entre la última y la penúltima. El problema de estas dos configuraciones es que si lo conectamos al amplificador restador el voltaje en ese punto se modificaría al derivarse corriente hacia la otra parte del circuito. Ésto es fácil de solucionar con un amplificador seguidor. Otra solución sería poner un diodo zener, pero fui incapaz de hacerlo funcionar por mucho que lo intenté, así que decidí hacer cualquiera de éstas configuraciones que para mí era mucho más sencilla.

Otro de los problemas que detecté es que parece que la sonda también se veía afectada por lo que tenía conectado a su salida, así que decidí conectarle otro amplificador seguidor.

Después de algunas pruebas y cambios de los valores de las resistencias éste es el circuito final que dejé.

Circuito Sonda Final

Y éste es mi circuito final. Parece un poco complicado pero en el fondo no lo es tanto . Son unas pocas resistencias y 3 amplificadores operacionales (teniendo en cuenta que cada encapsulado LM358 tiene 2 amplificadores, únicamente se utilizan dos encapsulados). Ésta comprobado en casa utilizando como referencia una estación metereológica de mesa. No sé hasta que punto estará ajustado o no. Si alguien decide montarlo en casa y comprobarlo le recomiendo que compruebe los valores que obtiene de humedad y lo ajuste modificando los valores de las resistencias.

Sabía que hace unos años había comprado un sensor de temperatura para otras movidas asi que me tocó rebuscar por los componentes que tenía en casa. Estuve rebuscando un buen rato y ya de paso, también ordenando los componentes que tenía en casa, entre los que tenía varias resistencias, condensadores, transistores, PICs, LEDs… Lo de los LEDs fue sobrao. Me puse a contarlos y tenía 40 LEDs!! No es broma, tengo 40 LEDs de todos los colores: rojos, verdes, amarillos, azules, blancos, de alta luminosidad, de luminosidad normal, de 5mm y de 3mm; vamos que no tengo que comprar LEDs en 10 años por lo menos. Bueno a lo que vamos que me enrollo, por fin encontré el sensor de temperatura un LM35DZ.

El LM35DZ es un sensor de temperatura, con el mismo encapsulado y tamaño que un transistor. Tiene 3 patas: una para alimentarlo, otra es tierra y la tercera es la salida. Su salida es una salida lineal de valor igual a 0+10mV/ºC y el rango de temperaturas que mide es de 0 a 100ºC. Hay otras variaciones de este sensor que puede medir voltajes negativos como el LM35 y el LM35A que miden de -55ºC a 150ºC ó el LM35C y el LM35CA que su rango de medición de temperaturas va desde -40ºC a 110ºC.  Supongo que serán más caros, la verdad es que no lo sé, porque tampoco recuerdo cuánto me costó el LM35DZ aunque supongo que no llegó a 1euro. De todas formas para medir la temperatura en la granja no me hacen  falta valores negativos de temperatura, ni valores por encima de 100ºC, porque si no tendría pollitos pingüino, o asados. Y si soy sincera, no es exactamente lo que me gustaría.

LM35DZ

La hoja de características de este sensor (que puede encontrarse muy fácilmente buscando en google LM35DZ datasheet) trae diferentes configuraciones para poder medir diferentes rangos de temperaturas de 0ºC a 150, 110 o 100ºC en función de la temperatura máxima que capta el sensor, cómo hacer para que el sensor capte valores negativos (en el caso de tener un LM35, LM35A, LM35C o LM35CA)… Miré la configuración y la más simple era conectarle la alimentación, ponerle la pata de referencia a tierra y medir con el multímetro la salida. El “problema” es que según la hoja de características utilizando esa configuración únicamente mide de 2ºC a 100ºC (en el caso de mi LM35DZ). La verdad es que no lo he probado, no sé si mide desde 0ºC o desde 2ºC aunque tampoco me importa demasiado, porque la temperatura que va a medir va a estar normalmente entre 18ºC y unos 35ºC.

Conecté de esta forma el sensor y medí la temperatura con el multímetro y parecía que iba bastante bien. Al menos la temperatura que me daba, era parecida a lo que medía con un par de termómetros colocados más o menos en el mismo sitio que el sensor (uno de mercurio y una estación de éstas que te mide humedad y temperatura). La temperatura que me daba era un poquito más baja pero podía valer. Ahora lo único que tenía que hacer era convertir la señal de 0-1V a una señal de 0-5V. Estuve pensando que realmente no me merecía la pena medir más de 50ºC (porque tanto en la calle como dentro de la granja espero no llegar a alcanzar ese valor de temperatura, por nuestro bien y el de los pollos), así que amplificando la señal x10 me serviría. De esta forma, podría tener el rango de temperaturas de 0-50ºC en 0-5V. Desempolvé mis apuntes de Redes de 1º de Teleco (que no estaban olvidados ni nada), y me construí un amplificador no inversor con ganancia 10.

Sonda Temperatura de 0-50ºC (rango de voltaje 0-5V)

El circuito que construí está dibujado en la imagen. Utilicé un amplificador LM358, y 3 resistencias (de 100, 220 y 680 ohmios). Las resistencias que puse fueron lo que me encontré por casa. Según las cálculos que hice, R1 tenía que ser 9 veces mas pequeña que en mi caso R2+R3. Cómo no tenía una resistencia de valor 9 veces el de la otra, decidí colocar dos resistencias en serie y así conseguir los valores deseados. En la imagen se muestra una simulación y se observa que tengo únicamente una diferencia de 0.3V entre la temperatura que me da el multímetro y lo que capta el sensor de temperatura. Para saber la temperatura según la sonda (sensor+amplificador), lo único que hay que hacer es multiplicar los voltios obtenidos con el multímetro x10.

En la realidad, la cosa no era tan bonita como en la simulación (como siempre pasa). Una vez construido el circuito con una placa de montaje rápido, la diferencia de temperatura obtenida utilizando mi nueva sonda construida y las temperaturas captadas por los termómetros era de 2ºC más o menos. No sé qué temperatura era la correcta pero de todas formas, los otros dos termómetros me daban temperaturas más altas, con lo que tenía las apuestas 2 contra 1. Así que decidí modificar los valores de las resistencias de forma que la ganancia del amplificador fuera un poco mayor de 10. Miré las resistencias que tenía y coloqué los siguientes valores: R1=1k; R2=R3=4,7k. Utilizando esta configuración, los valores de temperatura que obtuve eran más aproximados a lo que me daban los otros termómetros.

Lo bueno de este sensor es que es muy sensible a cambios de temperatura. Tanto es así, que al tocarlo con el dedo, la temperatura captada se modifica casi instantáneamente. Es exactamente lo que yo necesitaba: un sensor bastante sensible a los cambios de temperatura y que me diera un rango de voltaje de 0-5V. Así que sólo queda decir OBJETIVO 1 conseguido!!

Ahora me queda diseñar una sonda de humedad, que creo que eso va a ser un poco más complicado. Le tengo echado el ojo a una, ahora a ver si consigo mediante simulación conseguir que para un rango de humedad de 0-100% conseguir un rango de voltaje de 0-5V.

Ése fue el primer paso. El segundo paso, gracias a un PC que consiguió Tatai, hicimos un sistema de videovigilancia. Para ello compré una tarjeta capturadora de video (mas exáctamente una kodicom-4400) y un par de cámaras infrarrojas. Instalamos (o mejor dicho Tatai se encargó de instalar) Ubuntu en el PC que consiguió y le instalamos ZoneMinder. Según mi opinión, el programilla en cuestión mola mucho. Puedes hacer que se ponga en modo grabación cuando detecta movimiento en ciertas zonas (y poner otras zonas en las que ignore el movimiento), o simplemente utilizarlo para ver sin grabar.

Una vez hecho ésto, lo único que me quedaba para poder terminar mi proyecto, era realizar un sistema para poder monitorizar temperatura, humedad y otros parámetros interesantes que pueda captar allí. Mirando por internet encontré una placa Velleman (referencia k8061) que se compraba en forma de kit para montar y que era compatible con Linux. La placa se conecta por USB al ordenador y tiene 8 entradas analógicas, 8 salidas analógicas, 8 entradas digitales, 8 salidas digitales y 1 PWM. Exactamente lo que yo necesitaba, así que encargué el kit y en navidades con la ayuda de Tatai soldamos la placa.Como Tatai ha escrito un post bastante extenso relativo al montaje de la placa no voy a molestarme en escribir otro. Si queréis leerlo podéis leerlo aquí.

El kit traía un CD con un programa para poder probar las entradas y salidas de la placa y así comprobar que todo había sido soldado correctamente. Lo probamos y todo parecía ir correctamente así que aparcamos la placa soldada para más adelante probar a conectarla y probarla en Ubuntu.

Hoy no tenía un día muy inspirado como para trabajar, así que me he lanzado a instalar y comprobar que los drivers de Linux para la placa funcionaban y que podía controlarla. Los drivers se pueden bajar de aquí. Para el que sea tan torpe como yo en Linux (que lo poco que aprendí en la uni se me ha olvidado todo) hay un manual como para tontos para instalar los drivers y un programa de pruebas para comprobar las entradas y salidas.

Después de 2 horas (no lo digo en coña), he conseguido instalar los malditos drivers y un par de cosas que necesitaban (el libusb y el GNU readline and history library). Me he visto más atada que un gato con un menudo pero he conseguido finalmente instalarlo y conseguir controlar la placa desde Ubuntu.

Objetivo conseguido!!

Ahora lo que me queda es hacer unas sondas de humedad y temperatura (entre otras cosas) y hacer un programa para que el PC capte las señales que se le menten por las entradas de la placa y las procese como yo quiero.  Así que lo que me queda decir para finalizar el post es…

CONTINUARÁ…