Tilt Switch o Sensor de Inclinación ¿Qué es y para que sirve?

¿Qué es un sensor de inclinación?

Un Tilt Switch o interruptor basculante es un tipo de interruptor o sensor de inclinación que cambia en un cierto ángulo en comparación con el horizonte (similar al antiguo interruptor de mercurio). Se trata de un inclinómetro con salida de conmutación. Dado que la gravedad sirve como referencia, se consigue la máxima libertad de montaje.

¿Cómo funcionan los sensores basculantes?

Los sensores de inclinación te permiten detectar la orientación o la inclinación. Son pequeños, económicos, de bajo consumo y fáciles de usar. Si se usan correctamente, no se desgastarán. Su simplicidad los hace populares para juguetes, gadgets y electrodomésticos. A veces se denominan «interruptores de mercurio», «interruptores de inclinación» o «sensores de bola rodante» por razones obvias. Suelen estar formados por una cavidad de algún tipo (la cilíndrica es popular, aunque no siempre) y una masa libre conductora en su interior, como una mancha de mercurio o una bola rodante. Un extremo de la cavidad tiene dos elementos conductores (polos). Cuando el sensor está orientado de tal manera que el extremo está hacia abajo, la masa rueda sobre los postes y los corta en cortocircuito, actuando como un interruptor de tiro. Los interruptores basculantes solían estar hechos exclusivamente de mercurio, pero ahora son más raros ya que son reconocidos como extremadamente tóxicos. Los beneficios del mercurio es que la gota es lo suficientemente densa como para que no rebote y, por lo tanto, el interruptor no es susceptible a las vibraciones. Por otro lado, los sensores de bola son fáciles de fabricar, no se rompen y no presentan ningún riesgo de contaminación.

Aunque no son tan precisos o flexibles como un acelerómetro completo, los interruptores de inclinación pueden detectar el movimiento o la orientación simplemente. Otro beneficio para ellos es que los grandes pueden cambiar el poder por sí mismos. Los acelerómetros, por otro lado, emiten una tensión digital o analógica que debe ser analizada con circuitos adicionales. Estadísticas básicas. Estas estadísticas son para el sensor de inclinación de la tienda de Adafruit, que se parece mucho al 107-2006-EV. Casi todos tendrán tamaños y especificaciones ligeramente diferentes, aunque todos funcionan de la misma manera. Si hay una hoja de datos, querrá referirse a ella

Especificaciones de los sensores de inclinación

La funcionalidad de los sensores de inclinación está influenciada por factores como la gravedad, la vibración, la temperatura, el desplazamiento del cero, la linealidad, la sensibilidad entre ejes, la aceleración/deceleración, el choque, la línea de visión clara entre el usuario y el punto medido, y la calibración de los sensores de inclinación.

Las especificaciones clave de los sensores de inclinación incluyen:

• Número de ejes: El número de ejes es un factor importante, ya que varía de una aplicación a otra. En robótica, se utiliza un sensor de inclinación de dos ejes. En los mandos y joysticks de los videojuegos, se requiere un sensor de inclinación de tres ejes. En algunos smartphones, se utilizan sensores de cuatro ejes.
• Resolución: La inclinación mínima detectada por el sensor.
• Sensibilidad: La capacidad del sensor para reaccionar a pequeños cambios.
• Rango de medición: El rango de inclinación que puede ser manejado por el sensor. Algunos sensores son capaces de medir hasta 10° mientras que otros pueden cubrir un rango de hasta 60°.
• Tolerancia al ruido: El ruido tiende a causar distorsiones armónicas en el funcionamiento del sensor, lo que resulta en una variación de la salida y una reducción de la eficiencia del sistema. Deben respetarse las directrices del fabricante con respecto a los niveles de ruido.
• Vibración: Las vibraciones pueden interrumpir la funcionalidad del sensor y, por lo tanto, se requieren medidas de resistencia a las vibraciones, especialmente cuando los sensores se utilizan en condiciones difíciles, por ejemplo, en vehículos todoterreno o en obras de construcción.

Beneficios de los sensores de inclinación

Las principales ventajas de los sensores de inclinación incluyen:

• Compacto y fácil de usar
• Alta resolución y precisión
• Muy rentable
• Bajo consumo de energía
• Puede ser leído por registradores de datos estándar de la industria

Principio de trabajo

Un sensor de inclinación tiene una bola metálica que está diseñada para mover los dos pines del instrumento desde la posición «on» a la posición «off», y viceversa, si el sensor alcanza un ángulo predeterminado. Los sensores de inclinación son la versión ecológica de un interruptor de mercurio.

Las siguientes son aplicaciones clave de los sensores de inclinación o basculantes:

• Para controlar el ángulo en el que se mantiene un teléfono móvil o una tableta para la función de rotación automática
• Detectar la posición de los sistemas de juego portátiles y de los mandos de juego
• Indicar el número de embarcaciones, vehículos y aeronaves
• Para medir el ángulo al que una antena de satélite ‘mira’ hacia un satélite
• Para estimar la altura de un árbol o edificio
• Para medir la inclinación de una pista de esquí
• Proporcionar un sistema de alerta para el ángulo de inclinación de la superficie de los líquidos criogénicos durante el transporte.
• Para monitorear los niveles de láser y la actividad sísmica
• Los sensores de inclinación se pueden utilizar en sistemas de seguridad, donde la orientación del objeto se utiliza como medida de seguridad.
• Los sensores de inclinación se utilizan a menudo en consolas de juego y teléfonos móviles.
• Se utilizan en sistemas de navegación de barcos, aviones, etc., para determinar la inclinación y el balanceo.

Cómo hacer un sensor de inclinación con Arduino

En este proyecto se demuestra el funcionamiento de un sensor de inclinación simple.

Componentes necesarios

• Arduino Uno
• Sensor de inclinación
• LED
• Resistencia
• Buzzer

Diseño del circuito del sensor de inclinación Arduino

Como hemos mencionado más arriba, un sensor de inclinación es básicamente un interruptor. Un extremo o terminal del sensor de inclinación está conectado a cualquiera de los pines de E/S digitales de Arduino.

En este proyecto, está conectado al pin 3 de Arduino. El otro terminal del sensor está conectado a tierra. Un zumbador y un LED se utilizan para indicar la detección de la inclinación por Arduino. El zumbador es controlado por la salida PWM del Arduino para generar diferentes tonos. Por lo tanto, el terminal positivo del zumbador está conectado a cualquiera de los pines PWM del Arduino. En esta demostración, se conecta al pin 6. El otro terminal del zumbador está conectado a tierra.

El LED también se utiliza para indicar la acción de inclinación. Como la corriente de salida de Arduino es de sólo 20mA, estamos conectando el LED directamente a Arduino sin ninguna resistencia limitadora de corriente.

Se aconseja utilizar una resistencia limitadora de corriente sólo por razones de seguridad. El ánodo del LED está conectado al pin 13 del Arduino mientras que el cátodo está conectado a tierra.

Funcionamiento del sensor de inclinación Arduino

Un sensor de inclinación es similar a un interruptor normal, excepto que la corriente fluye a través de él sólo cuando está inclinado en un cierto ángulo. Por lo tanto, un sensor de inclinación se utiliza para detectar la inclinación u orientación de un objeto.

Existen diferentes tipos de sensores de inclinación. Para una simple orientación de un eje, se puede utilizar un interruptor de inclinación con un ángulo de orientación preciso. Un sensor de inclinación de 3 ejes basado en acelerómetro se utiliza para detectar el movimiento completo en tres ejes.

En este proyecto, utilizamos un sensor de inclinación de un solo eje. Hay dos tecnologías que se utilizan en la implementación de los sensores de inclinación: Basado en Mercurio y Roller Ball. Los sensores de inclinación más antiguos están hechos de mercurio.

Se coloca una gota de mercurio en un pequeño tubo de vidrio con dos contactos metálicos que salen.

• Cuando el sensor se mantiene en posición vertical, el mercurio entra en contacto con los dos terminales y el interruptor se cierra.
• Cuando el sensor se inclina en cualquier dirección, el mercurio se apaga en contacto con los terminales y el interruptor se abre.

En los sensores de inclinación basados en bolas de rodillo, se utilizan una o dos bolas de metal para cerrar o abrir el interruptor.

• Cuando el sensor está en posición vertical, la bola de metal hace contacto con ambos terminales y cierra el interruptor.
• Cuando se cambia la orientación del sensor, es decir, cuando se inclina en ángulo, la bola metálica pierde contacto con los terminales y el interruptor está abierto.

La ventaja del sensor de inclinación basado en mercurio es que no hay posibilidad de rebotes. Pero debido a la naturaleza tóxica del mercurio, el uso de este tipo de sensores de inclinación se reduce.

Independientemente del tipo de sensor utilizado, la mejor manera de probar el sensor de inclinación es utilizando el siguiente circuito. Consiste en un sensor de inclinación, un LED, una resistencia limitadora de corriente y una fuente de alimentación como una batería.

 

Cuando el sensor se mantiene en posición vertical, el circuito se cierra. La corriente fluye a través del LED y se ilumina. Cuando se cambia la orientación del sensor, el circuito se abre y el LED se apaga.

Otra forma sencilla de probar el sensor de inclinación es usar un multímetro. El multímetro está en modo de continuidad y los terminales del multímetro están conectados al sensor de inclinación. El ángulo en el que el interruptor se abre y se cierra puede ser determinado por esta prueba.

En este proyecto, un Arduino detectará la inclinación del sensor y activará un zumbador y un LED. El código para Arduino se escribe y se carga en la placa.

Cuando se detecta la inclinación del sensor, el zumbador y el LED son activados por Arduino.

Código

#define SENSOR_PIN 2
#define LED_PIN 13

void setup()
{

pinMode(SENSOR_PIN, INPUT_PULLUP);

pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}

void loop()
{

if (digitalRead(SENSOR_PIN) == LOW)
{

digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
}
else
{

digitalWrite(LED_PIN, LOW);
}
}