1. TELECOMUNICACIONES
PROPUESTA DE INVESTIGACIÓN ACADÉMICA
COMPONENTE COLABORATIVO
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO
INVESTIGADORES:
JOHANNA BALLADARES
SILVIA EUGENIO
BRYAN GALARZA
GUSTAVO HIDALGO
DOCENTE:
ING. FREDDY ROBALINO
MATERIA:
FISICA PARA LA ELECTRONICA
MARZO 2019 AGOSTO 2019
FACULTAD DE INGENIERÍA EN TECNOLOGIAS DE LA INFORMACION,
TELECOMUNICACIONES E INDUSTRIAL
2. INDICE
1.TEMA ..................................................................................................................... 5
2.OBJETIVOS .......................................................................................................... 5
2.1.OBJETIVO GENERAL..................................................................................... 5
2.2.OBJETIVOS ESPECIFICOS............................................................................ 5
3.RESUMEN ............................................................................................................. 5
4.INTRODUCCION................................................................................................. 6
5.ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION ................................................. 6
6.ORGANIZADORES LOGICOS.......................................................................... 6
6.1.ORGANIZADOR LÓGICO DE VARIABLES............................................... 7
6.2.MANDALA ......................................................................................................... 8
7.MARCO TEORICO.............................................................................................. 9
7.1.FISICA............................................................................................................... 10
7.2.TIPOS DE FISICA........................................................................................... 10
7.3.FISICA MODERNA ........................................................................................ 11
7.4.FISICA CUANTICA........................................................................................ 11
7.5.FENOMENOS CUANTICOS ......................................................................... 11
7.6.EFECTO FOTOELECTRICO ....................................................................... 12
7.6.1.COMPONENTES.......................................................................................... 12
7.6.2.PARAMETROS............................................................................................. 12
7.6.3.COLORES ADITIVOS................................................................................. 13
7.6.3.1.CLASIFICACION...................................................................................... 13
7.6.3.2.MODELOS.................................................................................................. 15
7.6.3.3.ESPACIOS .................................................................................................. 16
7.6.4.EFECTO COMPTON................................................................................... 16
7.7.SISTEMAS SENSORIALES........................................................................... 17
7.7.1.TIPOS DE SISTEMAS SENSORIALES .................................................... 17
7.7.1.1.SENSORES DE PRESENCIA...........................................................................17
7.7.1.2.SENSORES DE POSICIÓN ..............................................................................18
7.7.1.3.SENSORES DE VELOCIDAD..........................................................................18
7.7.1.4.SENSORES DE PRESENCIA...........................................................................18
7.7.1.5.SENSORES INDUCTIVOS...............................................................................18
7.7.1.6.SENSORES DE DISTANCIA............................................................................18
7.7.1.7.SENSORES DE CONTACTO...........................................................................18
4. 13.SISTEMAS DE INSTRUMENTACION......................................................... 53
14.CONCLUSIONES ............................................................................................. 56
15.RECOMENDACIONES ................................................................................... 56
16.ANEXOS ............................................................................................................ 57
16.1.INTERFAZ GRAFICA...................................... ¡Error! Marcador no definido.
16.2.COMUNICACIÓN SERIAL PYTHON Y ARDUINO............................... 57
16.3.ENSAMBLAJE DEL PROTOTIPO ORIGINAL....................................... 58
16.4.ESQUEMA FISICO ....................................................................................... 59
16.5.ANEXO DISEÑO ........................................................................................... 60
16.6.BIBIOGRAFIAS............................................................................................. 61
TABLA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1 modelos colores aditivos (Avalos, 2019) ........................................................14
Ilustración 2 colores sustractivos (Avalos, 2019).................................................................14
Ilustración 3 Cada pixel con 3 subpíxeles a cada color primario.........................................15
Ilustración 4 modelo luna crominancia ................................................................................16
Ilustración 5 Ejemplos de sistemas sensoriales ...................................................................17
Ilustración 6 Sensor TCS34725...........................................................................................19
Ilustración 7 detección de color (Anonimo, Reconocimiento de color, 2019).....................20
Ilustración 8 retro reflectivo .................................................................................................23
Ilustración 9 difuso reflectivo...............................................................................................24
Ilustración 10 convergente reflectiva detección ...................................................................24
Ilustración 11 convergente reflectivo ...................................................................................24
Ilustración 12 Efecto fotoeléctrico proceso (Rodriguez)......................................................25
Ilustración 13 etapas principales del sistema........................................................................25
Ilustración 14 Esquemático de las pistas del tablero de control...........................................58
Ilustración 15 Esquema de componentes de la parte frontal ...............................................58
Ilustración 16 Esquema del circuito de control y conexión serial.......................................59
Ilustración 17. Figura de la pieza parte delantera.................................................................59
Ilustración 18. Figura de la pieza de la parte lateral.............................................................59
Ilustración 19. Figura de la pieza de la parte trasera ............................................................59
Ilustración 20. Implementación de las partes del colorímetro..............................................60
Ilustración 21. Maqueta del clasificador de colores .............................................................60
Ilustración 22. Maqueta interna sensores .............................................................................60
5. 1. TEMA
“Efecto fotoeléctrico y su incidencia en la detección de colores aditivos”.
2. OBJETIVOS
2.1.OBJETIVO GENERAL
Evaluar las etapas dentro del sistema de detección de colores aditivos.
2.2.OBJETIVOS ESPECIFICOS
• Determinar las etapas de estudio del prototipo.
• Establecer la etapa de rediseño para disminuir el porcentaje de error en el producto.
• Interpretar la variación del porcentaje de error.
3. RESUMEN
En este proceso de implementa un mecanismo que nos permite el control para poder
seleccionarlos materiales específicos, y descartar los que no son aceptados dentro del proceso
debido a sus limitaciones, de manera que nos ayuden a mejorar el sistema y simplemente
disminuir el margen de error. El proceso básicamente corresponde la detección de los colores
aditivos, los cuales son reconocidos dentro del proceso por un sensor de color TCS34725
debido a su mínimo margen de error y efectividad para la detección del color, sin embargo,
el enfoque principal del proyecto es el material con el que se pretende trabajar dentro de la
etapa de reconocimiento. Existen varios lineamientos que cada uno de los materiales exige,
por lo que se escoge el material más apto con el que se va a trabajar, nos permita un mejor
reconocimiento del color y también nos ayude a reducir el porcentaje de error dentro del
proyecto debido a su proximidad de exactitud.
Este proceso tiene la finalidad de demostrar que en la etapa de detección de color al principio
tuvo un porcentaje de error bastante grande debido a que el proyecto se ha modificado hace
tiempo atrás, esto ha hecho que nosotros realicemos un enfoque especifico, ya que para su
total funcionamiento debe pasar por una serie de etapas y cada una de ellas requiere un
análisis mas profundo mediante pruebas de funcionamiento. El diseño del prototipo utiliza
un sensor que emite un haz de luz la cual incide en su interior, donde se encuentra una
superficie del material que fue escogido por su factibilidad de reconocimiento de color, este
haz incide dentro de el con la finalidad de cuantificar una emisión de fotones que salen del
material y llegan a la placa del sensor logrando este medir el potencial del flujo entre estas
dos placas, el mismo que se llama efecto fotoeléctrico y que permite al sensor reconocer el
color del material en forma de esfera.
6. 4. INTRODUCCION
En el presente estudio se ha desarrollado varios rediseños los cuales nos han permitido el
mejoramiento del prototipo al momento de realizar el reconocimiento de los colores aditivos
mediante un sensor de color TCS34725, el mismo que ha sido evaluado dentro del proceso
en el momento de reconocer los colores al implementarlo junto a otro igual, cambiando de
material, modificándose en el proceso de calibración y varios procesos mas que se han
realizado en todo su proceso. El presente rediseño cuenta con la evaluación de todas las
etapas aplicadas y por aplicar en el sistema, las mismas se sufren cambios y también varias
pruebas de funcionamiento las mismas que ayudan a detectar su nivel de efectividad.
De acuerdo a la historia se conoce que el comportamiento en si de la luz dentro del efecto
fotoeléctrico fue demostrado por Albert Einstein el mismo que realiza un equipo que le
permitió evaluar el comportamiento de la luz y sus características, siendo este
comportamiento al final conocido como efecto fotoeléctrico, el mismo que se puede
encontrar en el momento en el que el sensor reconoce el color de la esfera. Dentro de todo
este proceso observamos parámetros tanto de la luz como del color que inciden al cuantificar
la emisión de fotones, estos pueden ser evaluados con mas detenimiento y pueden observarse
variaciones en los mismos de acuerdo al enfoque que se establezca en la investigación.
5. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION
La investigación ya cuenta con antecedentes presentados en anteriores proyectos el cual se
basa la mayor parte en el análisis espectral, las longitudes de onda de cada color principal
que tiene el modelo RGB, es decir los colores rojo, verde, amarillo y azul. Es importante
resaltar que la variación de la longitud de onda nos permite obtener todos los colores posibles.
Los anteriores proyectos presentan un margen de error el cual con las nuevas modificaciones
que se han ido realizando se pretende reducir en su mayoría el porcentaje error, ya que de
este depende el correcto funcionamiento del sensor.
Basados en la tecnología de nuestro sensor TCS3472 tenemos que usar una fuente de luz
definida la cual ilumina la prueba y la luz reflejada por la superficie se mide de modo
espectral, esto es representado en una pantalla LCD con su respectiva cantidad de esferas
reconocidas en su respectivo color. El software opcional para su campo de aplicación es muy
extendido, sin embargo, se han utilizado en este proceso Python y Arduino los cuales son el
material de estudio de nuestro nivel de aprendizaje y también son bastante gráficos e
interactivos y muestran ordenadamente el registro de color para su posterior evaluación en el
control de calidad de colores.
6. ORGANIZADORES LOGICOS
7. 6.1.ORGANIZADOR LÓGICO DE VARIABLES
Descripción: Técnica para organizar y representar información en forma visual que debe
incluir conceptos y relaciones acerca de las variables.
Variable Dependiente Variable Independiente
Efecto fotoeléctrico Detección de color
Variable Independiente
Sistemas Sensoriales
Tipos de sistemas
sensoriales
Sistema sensorial de
interpretacion de
colores
Etapas de
sensorizacion
Deteccion de
color
8. Variable Dependiente
6.2. MANDALA
Descripción: Es un esquema circular en el que se representan varias ideas vinculadas a
través de dibujos dentro de dicho círculo.
Variable Dependiente Variable Independiente
Efecto Fotoeléctrico Detección de color
Fisica
Tipos de Fisica
Fisica Moderna
Fisica Cuantica
Fenomenos
Cuanticos
Efecto
Fotoelec
trico
10. 7.1. FISICA
Decimos que la física es la ciencia la cual estudia las propiedades de la materia y también de
la energía las cuales vienen establecidas mediante leyes en los que se explican todos los
fenómenos naturales, excluyendo todos aquellos que modifican una estructura molecular de
los cuerpos. El propósito de la física es describir el funcionamiento de todo a nuestro
alrededor, desde el movimiento de partículas diminutas hasta el movimiento de las naves
espaciales. Velocidad, movimiento, dirección y aceleración son términos comunes en física.
La física también explica los fenómenos luminosos y sonoros. La luz y el sonido son ondas
con características particulares. Conceptos como calor, trabajo, fuerza y energía han sido
desarrollados gracias al trabajo de importantes físicos. (Zita, 2018-2019)
7.2.TIPOS DE FISICA
La física se divide en dos grandes periodos:
✓ Física Clásica o Física Macroscópica: Este periodo de la física tuvo como expositor
principal al físico Issac Newton, quien la dividió en distintas ramas las cuales son la
siguientes:
* Magnética: Se dedica al estudio del magnetismo de la materia.
* Eléctrica: Estudia la electricidad de los cuerpos.
* Óptica: Estudia la luz, su comportamiento y su movimiento.
* Acústica: Indaga el sonido y la forma de propagación.
* Térmica: Se dedica al estudio de la temperatura, la forma en que afecta a otro
cuerpo y la reacción que tiene el cuerpo ante ese fenómeno.
* Dinámica: Se dedica al estudio de la fuerza que ejerce un cuerpo.
* Mecánica: Estudia a un cuerpo en moviendo, el estado de reposo del mismo y el
de fuerza que tiene dicho cuerpo. esta a su vez se derivan otras tres principales
ramas. Cinética, Estática y Potencial. (Sama, 14 de Enero, 2011)
✓ Física Moderna o Física Microscópica: también conocida como Física Quántica: El
segundo periodo tuvo como expositor a el físico matemático Albert Einstein, para
su mejor estudio la dividió en:
* Cuántica: Estudia el movimiento que realizan las partículas pequeñas.
* Electromagnética: Indaga la electricidad y la magneticidad de los microcuerpos
de la materia.
11. * Relativista: Estudia y Analiza como el Movimiento y la Gravedad afectan las
propiedades de Espacio y Gravedad. (Sama, 14 de Enero, 2011)
7.3.FISICA MODERNA
La física moderna comienza desde los principios del siglo XX, cuando el alemán Max Planck,
investiga sobre el “cuanto” de energía, Planck decía que eran partículas de energía invisibles,
y que éstas no eran continuas como lo decía la física clásica, por ello nace esta nueva rama
de la física que estudia las manifestaciones que se producen en los átomos, los
comportamientos de las partículas que forman la materia y las fuerzas que las rigen. (También
se le llama física cuántica). En los temas anteriormente tratados, la física clásica no servía
para resolver los problemas presentados, ya que éstos se basan en certezas y la física moderna
en probabilidades, lo cual le costaba adaptarse a los físicos de la época.
En 1905, Albert Einstein, publicó una serie de trabajos que revolucionaron la física de ese
entonces, que trataban de “La dualidad onda-partícula de la luz” y “La teoría de la
relatividad” entre otros. Además, años más tarde se descubre por medio de telescopios la
existencia de otras galaxias, así como la superconductividad, el estudio del núcleo del átomo
y otros, los cuales logran que años más tarde surjan avances tecnológicos como la invención
del televisor, los rayos x, el radar, la fibra óptica, el computador etc. (Fisica/Fisica moderna,
2019)
7.4. FISICA CUANTICA
La física, o mecánica cuántica, estudia el comportamiento de la materia cuando las
dimensiones de ésta son tan pequeñas que empiezan a notarse extraños efectos como la
imposibilidad de conocer con exactitud la posición de una partícula o simultáneamente su
posición y velocidad, sin afectar a la propia partícula.
Los principios básicos de la física cuántica son fundamentalmente dos. El primero es que las
partículas intercambian energía en múltiplos enteros de una cantidad mínima posible, es el
llamado quantum de energía. El segundo es que la posición teórica de las partículas está dada
por una función probabilística, es decir que no es una certeza sino más bien una posibilidad.
(Arzabal, 2015)
7.5. FENOMENOS CUANTICOS
De los pocos que se pueden mencionar son Espectro del hidrogeno, Efecto fotoeléctrico,
estructura de moléculas, funciones e onda, probabilidad de las partículas, principio de
incertidumbre, efecto túnel, superposición, entrelazamiento
12. 7.6. EFECTO FOTOELECTRICO
La emisión de electrones por metales iluminados con luz de determinada frecuencia fue
observada a finales del siglo XIX por Hertz y Hallwachs. El proceso por el cual se liberan
electrones de un material por la acción de la radiación se denomina efecto fotoeléctrico o
emisión fotoeléctrica. Sus características esenciales son: (Garcia, 2010)
✓ Para cada sustancia hay una frecuencia mínima o umbral de la radiación
electromagnética por debajo de la cual no se producen fotoelectrones por más
intensa que sea la radiación.
✓ La emisión electrónica aumenta cuando se incrementa la intensidad de la radiación
que incide sobre la superficie del metal, ya que hay más energía disponible para
liberar electrones. (Garcia, 2010)
7.6.1. COMPONENTES
FOTOELECTRONES
Electrón emitido por una sustancia cuando está sometida a una radiación electromagnética.
(Diccionario, 2019)
SENSOR
Dispositivo que detecta variaciones en una dimensión física y las convierte en señales útiles
para un sistema de medida o control. (Diccionario, 2019)
CAMPO
Espacio en que resulta activa una fuerza determinada. (Diccionario, 2019)
7.6.2. PARAMETROS
INTENSIDAD DE LA LUZ
✓ LONGITUD DE ONDA
La distancia existente entre dos crestas o valles consecutivos es lo que llamamos
longitud de onda. La longitud de onda de una onda describe cuán larga es la onda.
Las ondas de agua en el océano, las ondas de aire, y las ondas de radiación
electromagnética tienen longitudes de ondas. (Cespedes, 2019)
13. FRECUENCIA
Número de vibraciones, ondas o ciclos por segundo de un fenómeno periódico. (Diccionario,
2019)
7.6.3. COLORES ADITIVOS
Un sistema de color aditivo es un modelo que permite obtener un color a partir de la suma de
la representación numérica de las componentes de color. El proceso de reproducción aditiva
normalmente utiliza luz roja, verde y azul como componentes para producir el resto de
colores. Combinando uno de estos colores primarios con otro en proporciones iguales se
obtienen los colores aditivos secundarios: cian, magenta y amarillo. Combinando los tres
colores primarios de luz con las mismas intensidades, se produce el blanco. Variando la
intensidad de cada luz de color finalmente deja ver el espectro completo de estas tres luces.
(Hirsch, 2019)
7.6.3.1. CLASIFICACION
Antes que nada, es importante saber que los colores se clasifican en dos tipos: Los emisores
de luz (colores luz) y los pigmentales (colores pigmento). (Avalos, 2019)
COLORES PRIMARIOS
Tanto en los colores luz como en los colores pigmento, existen los colores primarios. Se
definen como colores primarios a los colores puros, aquellos que no se pueden obtener
mediante la mezcla de ningún otro color y de los cuales al mezclarse en ciertas proporciones
se pueden obtener todos los demás colores. (Avalos, 2019)
✓ Colores Luz
Estos están compuestos por luz y son los colores que vemos por ejemplo en los focos y
pantallas de cualquier tipo (computadora, celulares, televisiones, etc…). Los colores
primarios son: Rojo, verde y azul (modelo de color RGB – sigla en inglés de red, green, blue).
Estos colores luz también son conocidos como colores aditivos, esto derivado de la Síntesis
Aditiva. (Avalos, 2019)
Síntesis aditiva: Se le llama así a la mezcla de ciertas proporciones de los colores primarios
(rojo, verde y azul) de la cual se obtienen todos los colores del espectro luminoso; con la
mezcla en cantidades iguales de estos tres colores se obtiene el blanco (añade luz). (Avalos,
2019)
14. Ilustración 1 modelos colores aditivos (Avalos, 2019)
✓ Colores Pigmento
Estos son los colores que utilizamos en dibujo, pintura e imprenta.
Los colores primarios son: Cian, Magenta, Amarillo (modelo CMY – sigla en inglés de cyan,
magenta, yellow). También son conocidos como colores sustractivos, esto derivado de la
síntesis sustractiva. Síntesis sustractiva: Se le llama así a la mezcla de ciertas proporciones
de los colores primarios (cian, magenta y amarillo) de la cual se puede obtener una variedad
infinita de colores; con la mezcla en cantidades iguales de estos tres colores se obtiene el
negro (sustrae luz). (Avalos, 2019)
Colores-sustractivos-cmy
Ilustración 2 colores sustractivos (Avalos, 2019)
15. 7.6.3.2.MODELOS
Modelo de los colores primarios (RGB)
El modelo RGB o RVA está basado en el control de la intensidad de los tres colores primarios
de luz: rojo, verde y azul; aunque estos colores pueden tener variaciones de acuerdo con el
espacio de color. Estos espacios de color pueden ser:
✓ sRGB: Creado conjuntamente por HP y Microsoft. Fue aprobado por el W3C, Exif,
Intel, Pantone, Corel, por el Software libre y muchos otros. Es utilizado en formatos
gráficos propietarios y libres como el PNG.
✓ Adobe RGB: Desarrollado por Adobe Systems y usado en computadoras y cámaras
digitales para mejorar la impresión CMYK, especialmente en los tonos verde-cian.
Ilustración 3 Cada pixel con 3 subpíxeles a cada color primario
✓ Cada píxel de una pantalla, tiene 3 subpíxeles correspondientes a cada color
primario.
✓ RGB de amplia gama: Adobe Systems desarrolló este espacio en 1998 para aumentar
la gama de colores.
✓ ProPhoto RGB
✓ scRGB
✓ Rec. 709
✓ Rec. 2020 (Sintesis aditiva de color, 2019)
Modelo de luma y crominancia
Está relacionado con la historia de la televisión a color, pues en 1942 se patentó la transmisión
televisiva mediante dos bandas paralelas independientes: una que lleva la luma y otra la
crominancia, por lo que el resultado es considerado un video compuesto. La luma lleva el
brillo o luminancia en forma de imágenes monocromáticas (en blanco y negro), mientras que
la crominancia lleva el colorido. Históricamente se resolvía un problema, pues en aquella
época abundaban los televisores en blanco y negro, y este sistema permitía que la luma
emitiera las imágenes para estos televisores, mientras que la crominancia se decepcionaba
sólo en los televisores a color. (Sintesis aditiva de color, 2019)
16. Ilustración 4 modelo luna crominancia
7.6.3.3.ESPACIOS
ESPACIOS DE COLOR COMERCIALES
✓ El sistema de Color de Munsell
Este sistema también es llamado "Árbol de Color de Munsell" Por la disposición de las tres
dimensiones del color que dan un modelo de cualidad esférica irregular. (Sintesis aditiva de
color, 2019)
✓ El Sistema de Color Natural
NCS es un lenguaje de comunicación del color que los describe tal y cómo el ojo humano lo
percibe, pudiendo darle un nombre a cualquier color existente. Mediante su uso, elegir,
combinar, especificar y comunicar el color es mucho más fácil. (Sintesis aditiva de color,
2019)
ESPACIOS DE COLOR ESPECIALES
El espacio de Cromaticidad RG se utiliza en aplicaciones visión artificial. Muestra el color
de la luz (rojo, amarillo, verde etc.), pero no su intensidad (oscuro, claro). (Sintesis aditiva
de color, 2019)
ESPACIOS DE COLOR OBSOLETOS
Los primeros espacios de color tenían dos componentes. Ignoraban la luz azul porque la
complejidad añadida de un proceso de 3 componentes sólo proporcionaba un incremento
marginal en la fidelidad, en comparación al salto del monocromo al color de dos
componentes. (Sintesis aditiva de color, 2019)
✓ RG para película en Technicolor
✓ RGK para impresión en color
7.6.4. EFECTO COMPTON
El efecto Compton consiste en el aumento de la longitud de onda de un fotón de rayos X
cuando choca con un electrón libre y pierde parte de su energía. La frecuencia o la longitud
de onda de la radiación dispersada depende únicamente de la dirección de dispersión. El
17. desplazamiento de la longitud de onda de los fotones no depende por tanto de la naturaleza
del medio en el que se produce la dispersión, sino únicamente de la masa de la partícula que
deflacta el fotón (generalmente electrones) y de la dirección de deflexión. Puede demostrarse
a partir del principio de conservación del ímpetu o momento lineal y de la conservación de
la energía total que el corrimiento de longitud de onda del fotón viene dado, en función del
ángulo de dispersión del fotón respecto a la dirección incidente θ supuesta colisión con un
electrón: . (Fisica / Fisica moderna/ Efecto Compton, 2015)
𝛥𝜆 =
𝑛
𝑚𝑒𝐶
(1 − 𝑐𝑜𝑠 𝜃)
Frecuentemente se define la longitud de onda Compton como 𝜆𝐶 =
𝑛
𝑚𝑒𝑐
El efecto Compton es un proceso inelástico, por el cual se modifica tanto la dirección como
la energía del fotón, en oposición a la dispersión Rayleigh en la que la energía del fotón
permanece constante, aunque cambia su dirección. (Fisica / Fisica moderna/ Efecto Compton,
2015)
7.7. SISTEMAS SENSORIALES
Los sensores son dispositivos físicos que miden cantidades físicas, tales como distancia, luz,
sonido, olor, temperatura, etc. El objetivo de los sensores es permitir que los robots puedan
recibir y percibir información desde el mundo que los rodea. Su función es similar a la de
nuestros sentidos, con el cual logramos luego de un proceso poder interactuar con nuestro
medio, (Moore, 2007)
Ilustración 5 Ejemplos de sistemas sensoriales
7.7.1. TIPOS DE SISTEMAS SENSORIALES
7.7.1.1. SENSORES DE PRESENCIA
Este tipo de sensor es capaz de detectar la presencia de un objeto dentro de un radio de acción
determinado. Esta detección puede hacerse con o sin contacto con el objeto. En el segundo
caso se utilizan diferentes principios físicos para detectar la presencia, dando lugar a los
diferentes tipos de sensores. (Moore, 2007)
18. 7.7.1.2.SENSORES DE POSICIÓN
Para el control de posición angular se emplean fundamentalmente los
denominados esconder y resolver. Los potenciómetros dan bajas prestaciones por lo que no
se emplean salvo en contadas ocasiones (robots educacionales, ejes de poca importancia).
(Moore, 2007)
7.7.1.3.SENSORES DE VELOCIDAD
La captación de la velocidad se hace necesaria para mejorar el comportamiento dinámico de
los actuadores del robot. La información de la velocidad de movimiento de cada actuador se
realimenta normalmente a un bucle de control analógico implementado en el propio
accionador del elemento motor. (Moore, 2007).
7.7.1.4. SENSORES DE PRESENCIA
Por el contrario, los sensores de proximidad suelen tener una salida binaria que indica la
presencia de un objeto dentro de un intervalo de distancia especificado. En condiciones
normales, los sensores de proximidad se utilizan en robótica para un trabajo en campo
cercano en relación a agarrar o evitar un objeto. (Moore, 2007)
7.7.1.5.SENSORES INDUCTIVOS
Los sensores basados en un cambio de inductancia debido a la presencia de un objeto
metálico están entre los sensores de proximidad industriales de más frecuente uso. (Moore,
2007)
7.7.1.6.SENSORES DE DISTANCIA
Un sensor de alcance mide la distancia desde un punto de referencia que suele estar en el
propio sensor hasta objetos en el campo de operación del sensor. Los seres humanos estiman
la distancia por medio de un procesamiento visual estereográfico. Los sensores de alcance se
utilizan para la navegación de robots y para evitar obstáculos, para aplicaciones más
detalladas en las que se desean las características de localización y forma en general de
objetos en el espacio de trabajo de un robot. (Moore, 2007)
7.7.1.7.SENSORES DE CONTACTO
Estos sensores se utilizan en robótica para obtener información asociada con el contacto entre
una mano manipuladora y objetos en el espacio de trabajo.
Cualquier información puede utilizarse, por ejemplo, para la localización y el reconocimiento
del objeto, así como para controlar la fuerza ejercida por un manipulador sobre un objeto
dado. (Moore, 2007)
19. 7.7.1.8.SENSORES BINARIOS
Los sensores binarios son dispositivos de contacto tales como micro interruptores. En la
disposición más simple, un conmutador está situado en la superficie interior de cada dedo de
una mano de manipulación. Este tipo de detección es de utilidad para determinar si una pieza
está presente entre los dedos. (Moore, 2007)
7.7.1.9.SENSORES ANALÓGICOS
Un sensor de contacto analógico es un dispositivo cuya salida es proporcional a una fuerza
local. El más simple de estos dispositivos está constituido por una varilla accionada por
resorte que esta mecánicamente enlazada con un eje giratorio, de tal manera que el
desplazamiento de la varilla debido a una fuerza lateral da lugar a una rotación proporcional
del eje. (Salazar, 2012)
7.8. SISTEMA SENSORIAL DE INTERPRETACION DE COLORES
En nuestro primer prototipo se implementó el sensor de color de TCS34725 que tiene una
amplia gama de aplicaciones, incluyendo control de retroiluminación RGB LED, incluso este
sensor nos ayuda de manera directa a capturar cada uno de los colores que necesitamos
reconocer mediante el sensor siendo estos el color azul, amarillo, verde y rojo, conocidos
como los colores aditivos.
El dispositivo TCS34725 provee una salida digital de los valores percibidos de luz rojo,
verde, azul (RGB) y despejado o sin filtro. Un filtro infrarrojo, integrado en el chip y
localizado sobre los fotodiodos, minimiza la componente espectral infrarroja de la luz
entrante y permite medir las componentes de color de una forma precisa. La alta sensibilidad,
en rango amplio dinámico y el filtro infrarrojo hacen del TCS34725 una solución ideal para
medición de color para su uso bajo unas condiciones variables de iluminación y a través de
materiales que la atenúen. El sensor tiene una gran variedad de aplicaciones incluyendo el
control RGB de la iluminación LED, iluminación de estado sólido, productos de salud y
deporte, control de procesos industriales y diagnóstico médico. Adicionalmente, el filtro IR
permite que el TCS3472 se pueda utilizar para medición de luz ambiental. (Llamas, 2018)
Ilustración 6 Sensor TCS34725
20. 7.9. ETAPAS DE SENSORIZACION
• Lectura Serie: Mediante los datos obtenidos a través del sensor, se leerán mediante le
procesamiento los datos. (Medina, 2015)
• Adecuación de los datos: los datos obtenidos del sensor tendrán que ser sometidos a un
proceso de adecuación (establecido por la calibración del sensor) antes de poder ser
utilizados. (Medina, 2015)
• Obtención de Imágenes: Una vez adecuando los datos, el sensor obtendrá la imagen del
color, el cual será estudiada y meditada por el procesador. (Medina, 2015)
• Procesado de Imágenes: se procesará la imagen obtenida con anterioridad a un nuevo
programa que indicará conteo de cada color. (Medina, 2015)
7.10. DETECCION DE COLOR
El "reconocimiento de color" es la capacidad de un sensor o algoritmo de distinguir colores
a partir de la extracción de información de la luz. (Anonimo, Reconocimiento de color, 2019)
Ilustración 7 detección de color (Anonimo, Reconocimiento de color, 2019)
7.10.1. PARAMETROS
✓ Luminosidad/Luminancia: La luminosidad (brillo) es la cantidad de luz que es
percibida por el ojo al observar una escena, y por lo tanto, una noción subjetiva (es
el brillo de una escena). Por su parte, la luminancia es la cantidad de luz real que
refleja esa escena. En ambos parámetros tiene gran influencia el contraste, que lo
podemos definir como la relación existente entre el máximo y mínimo nivel de
luminosidad-luminancia. (Medina, 2015)
✓ Tono/Longitud de onda: El tono es la cualidad del color que permite decir que un
objeto es de un color determinado, por ejemplo, rojo, verde, etc. La longitud de
21. onda son los nanómetros de la radiación electromagnética que produce la sensación
de ese determinado tono. (Medina, 2015)
✓ Saturación/Pureza: La saturación es la sensación que nos produce un determinado
tono como más vivo, más pálido o más pastel. Pureza es la proporción de color
blanco que contiene un determinado tono. Cuando un color no tiene blanco se dice
que es un color saturado. Cuando el mismo está mezclado con blanco, se dice que
el color está desaturado o insaturado. (Medina, 2015)
7.10.2. SENSOR
SENSOR DE COLOR RGB TCS34725 ARDUINO
El TCS34725 es posiblemente el mejor sensor de reconocimiento de color del mercado para
Arduino o Raspberry Pi, incluye sensores RGB y de luz blanca. Cuenta con filtro bloqueador
de IR integrado, que minimiza el espectro IR logrando unas medidas de color muy precisas.
Esto hace que las lecturas correspondan a color "real" o visible dado que los humanos no
vemos el espectro IR. Además, cuenta con un rango dinámico 3,800,000:1 con ajuste de
ganancia automático por lo que se puede incluso usar detrás de un cristal oscuro. Incluye un
regulador de voltaje por lo que se puede usar tanto a 3.3V como a 5V, incluye un led neutral
de 4150ºK controlado por un driver Mosfet para iluminar la superficie a medir que puede
encenderse y apagarse muy fácilmente con cualquier salida lógicas puede usar con cualquier
microcontrolador con pines I2C, se conecta el pin VDD a la salida de 3 o 5V DC, la masa al
pin GND, el SCL al I2C Clock y el pin SDA al de datos I2C. (Evaristo, 2019)
- Peso: 3.23g
- Dimensiones: 20.44x20.28mm
- Este chip usa la dirección I2C 7-bit 0x29.
7.10.3. SELECCIÓN DE MATERIALES
Para lo cual se realiza un cuadro que nos permita escoger cada uno de los materiales posibles
que se pueden implementar al momento de detectar el color en el sensor.
TABLA CARACTERÍSTICA DE CADA MATERIAL
Material Tamaño Descripción Pigmentación Peso
Balsa 18 mm Madera 85 % 0.33 kg
Vidrio 15 Canicas 90% 0.55 kg
Metal 15mm Rulimanes 90% 0.75 kg
Engrudo 17mm engrudo 75% 0.35 kg
22. Cerámica 16 mm Arcilla 70% 0.48 kg
Chicle 15 mm Goma dulce 90% 0.60 kg
8. ACTIVIDADES Y RESULTADOS
Objetivo Específico 1
Descripción: Determinar las etapas de estudio del prototipo.
Actividades: Resultados:
1 Estudio del
efecto
fotoeléctrico
aplicado al
sensor
1 Ilustración del proceso de detección del color dentro
del sensor (demostración).
2 Resultados de
evaluación de
cada una de las
etapas del
sistema
2 Tabla de porcentajes de error de cada etapa
3 Definición de
la etapa a
evaluar
3 Cuadro de ventajas y desventajas
4 Identificación
de los
parámetros
4 Tabla con los parámetros a utilizar en la etapa.
5 Estudio de los
materiales en
la etapa de
detección de
color
5 Elección de materiales de estudio
6 Analizar el
material apto
para la
detección de
color
6 Tabla de características de cada uno de los materiales
escogidos
7 Selección de
muestra
7 Cálculos de muestreo a utilizar (cantidad de esferas)
23. 8 Pruebas de
funcionamient
o de cada uno
de los
materiales de
estudio
8 Tabla de indicadores de cada uno de los materiales
9 Obtención del
material
específico a
trabajar en el
colorímetro
9 Justificación del uso del material
8.1. RESULTADO 1
Un sensor fotoeléctrico es un dispositivo que detecta la presencia o alguna característica en
particular de un objeto mediante luz (visible o no visible). Se pueden aplicar para detectar
presencia, tamaño, color, brillo de objetos.
Retro reflectivo
Usa un espejo especial (reflector) con alta reflectividad para medir y comparar la diferencia
de cantidad de luz emitida con la luz recibida a través del espejo. En el mismo cuerpo se
encuentra el emisor y el receptor
Ilustración 8 retro reflectivo
Difuso Reflectivo
Detecta recibiendo directamente la luz reflejada del objeto. En el mismo cuerpo se encuentra
el emisor y el receptor.
24. Ilustración 9 difuso reflectivo
Convergente reflectivo
Distancia de detección limitada. El fondo y color del objeto no tienen efectos significativos
en la detección
Ilustración 10 convergente reflectiva detección
Convergente reflectivo
Distancia de detección limitada. El fondo y color del objeto no tienen efectos significativos
en la detección.
Ilustración 11 convergente reflectivo
Realmente las partículas que liberan a los electrones son los fotones. Los fotones son unas
partículas sin masa, pero con energía que forman parte de la luz. En realidad, la luz se
compone de infinidad de partículas muy pequeñas, sin masa, pero con energía, denominadas
“fotones”. Cuando estos fotones llegan al metal por medio de la luz, al incidir sobre un
electrón del átomo del metal, si el fotón tiene suficiente energía, esta energía se la cede al
electrón y lo libera de su última capa, es decir lo libera de la atracción del átomo, quedando
libre por el metal o expulsándolo fuera de él. (Rodriguez)
25. Ilustración 12 Efecto fotoeléctrico proceso (Rodriguez)
8.2. RESULTADO 2
Etapas principales del sistema
Ilustración 13 etapas principales del sistema
26. 8.3. RESULTADO 3
Etapa a modificar: Etapa 3 (Detección) y Etapa 4 (Clasificación)
Etapa 3(Detección)
Ventajas Desventajas
Es mejor sensor de reconocimiento de color
del mercado para Arduino
Este chip usa la dirección I2C 7-bit 0x29
Incluye sensores RGB y de luz blanca Tiene una mayor eficiencia en un ambiente
oscuro
Cuenta con filtro bloqueador de IR
integrado
lecturas correspondan a color "real" o
visible
Cuenta con un rango dinámico 3,800,000:1
con ajuste de ganancia automático por lo
que se puede incluso usar detrás de un
cristal oscuro.
Etapa 4(Clasificación)
Ventajas Desventajas
El lenguaje le da muchas herramientas, si
usted quiere listas de varios tipos de datos
La mayoría de los servidores no tienen soporte a
Python, y si lo soportan, la configuración es un
poco difícil.
Es un lenguaje muy portable Muchas de las librerías no se encuentran por
defecto
Se pueden realizar simulaciones físicas La parte web no es tan sencilla
8.4. RESULTADO 4
Parámetros que interviene dentro de la Etapa 3
Tono El tono es la longitud de onda dominante del color que vemos, y más
llanamente diríamos que es cada uno de los colores en estado puro
Saturación o
brillo
La saturación define la intensidad o grado de pureza de cada color. Sus
valores se mueven desde su máximo, cualquier color puro, hasta su
mínimo que correspondería a un tono de gris.
Luminosidad La luminosidad o brillo es la cantidad de luz emitida o reflejada por un
objeto. Y en un color sería su claridad u oscuridad. Un color al 100% de
saturación tendrá su máxima pureza con un 100% de luminosidad, y con
una luminosidad del 0% será negro absoluto
Matiz del
color
permite distinguir los colores entre sí, ya que cada color corresponde a
una determinada longitud de onda
27. 8.5. RESULTADO 5
Materiales para disminuir el porcentaje de error
Material Imagen
Vidrio
Metal
Plástico
Cerámica
Masa de
manualidades
Chicle
Balsa
8.6. RESULTADO 6
TABLA CARACTERÍSTICA DE CADA MATERIAL ESCOGIDO
Material Tamaño Descripción Pigmentación Peso
Balsa 18 mm Madera 85 % 0.33 kg
Vidrio 15 Canicas 90% 0.55 kg
Metal 15mm Rulimanes 90% 0.75 kg
Plástico 17mm Masa o
engrudo
75% 0.35 kg
Cerámica 16 mm Arcilla 70% 0.48 kg
Chicle 15 mm Goma dulce 90% 0.60 kg
28. 8.7. RESULTADO 7
Selección de Muestra
Total, de muestra :168 bolitas
N = tamaño de la población
Z = nivel de confianza
P = probabilidad de éxito, o proporción esperada
Q = probabilidad de fracaso
D = precisión (Error máximo admisible en términos de proporción)
𝑛 =
𝑁 ∗ 𝑍2
𝑎
∗ 𝑝 ∗ 𝑞
𝑑2 ∗ (𝑁 − 1) + 𝑍2 ∗ 𝑝 ∗ 𝑞
𝑛 =
200 ∗ (1.96)2
∗ (0.5) ∗ (0.5)
(0.03)2 ∗ (200 − 1) + (1.96)2 ∗ 0.5 ∗ 0.5
= 168.6 = 168
8.8. RESULTADO 8
Prueba de cada material
Material Número de pruebas Detección de
color
Porcentaje de
detección
1 Vidrio 24 10 41.66%
2 Metal 24 2 8.33%
3 Plástico 24 7 29.16%
4 Cerámica 24 6 25%
5 Masa de
manualidades
24 23 95.33%
6 Chicle 24 15 62.5%
7 Balsa 24 20 83.33%
Total, de pruebas 168
8.9. RESULTADO 9
Se han descartado los materiales como Vidrio, Plástico, cerámica, chile, balsa, metal ya que
tienes un porcentaje muy bajo de detección, el material seleccionado es una masa para
realizar manualidades que contiene maicena, agua, bicarbonato y aceite. Este material es muy
fácil de realizar y al pintarlo tiene una bueno pigmentación de los colores que se trabajara en
el proyecto.
29. Objetivo Específico 2
Descripción: Establecer la etapa de rediseño para disminuir el porcentaje de error en
el producto
Actividades: Resultados:
1 Interpretación de
Un nuevo rango
de color
(Codificación
Arduino)
1 Código Arduino
2 Modificación de
la Etapa 3 y 4 del
sistema
(Codificación
Python)
2 Código Python
3 Implementación
de la etapa de
rediseño en el
proceso
3 Esquema de etapas
4 Evaluar el
proceso de
rediseño
4 Tabla de indicadores del rediseño
5 Establecer
horario de
pruebas
5 Tablas de la condiciones ideales y extremas
8.10. RESULTADO 1
CODIGO ARDUINO
35. 8.12. RESULTADO 3
DIAGRAMA DE ETAPAS
ETAPA 1
Ejecución
ETAPA 2
Lectura
Sensor
TCS34725
ETAPA 3
Detección
Codificación
en python
ETAPA DE REDISEÑO
Modififacion del el
codigo python y
arduino
ETAPA 4
Clasificación
•Codificación
•Servomotor
36. 8.13. RESULTADO 4
8.14. RESULTADO 5
Tablas de la condiciones ideales y extremas
CONDICIONES IDEALES
Hora Número
de
Pruebas
Temperatura
°C
Luz
𝝀 nm
Cantidad detectado
9:00 36 14 °C 500 nm 29
12:00 33 21 °C 600 nm 25
15:00 33 25 °C 700 nm 27
17:00 33 17°C 600 nm 24
19:00 33 12 °C 450 nm 31
Total 168 136
Porcentaje de efectividad (detección de color) en condiciones ideales
𝒆𝒇𝒆𝒄𝒕𝒊𝒗𝒊𝒅𝒂𝒅 =
136 ∗ 100
168
= 80.95 %
Porcentaje de error actual
= 100 − 89.95 = 10.5%
37. CONDICIONES EXTREMAS
Hora Número
de
Pruebas
Temperatura
°C
Luz
𝝀 nm
Cantidad detectado
9:00 36 7.8 °C 500 nm 21
12:00 33 12 °C 600 nm 18
15:00 33 15.6 °C 700 nm 17
17:00 33 18.6 °C 600 nm 14
19:00 33 13 °C 450 nm 26
Total 168 96
Porcentaje de efectividad (detección de color)
𝒆𝒇𝒆𝒄𝒕𝒊𝒗𝒊𝒅𝒂𝒅 =
96 ∗ 100
168
= 60 %
Objetivo Específico 3
Descripción: Interpretar la variación del porcentaje de error.
Actividades: Resultados:
1 Porcentaje de
error con
distintas
muestras.
1 Interpretación de los resultados de cada muestra.
2 Gráficas del
porcentaje de
error con cada
uno de los
materiales
evaluados.
2 Análisis de cada material.
3 Valoración del
material.
3 Indicadores de efectividad del material.
4 Pruebas y
valoraciones
iniciales.
4 Datos de comparación con anteriores pruebas.
38. 5 Establecer el
error parcial y
total.
5 Cálculo de porcentaje de error reducido.
6 Interpretación
de los márgenes
de error.
6 Informe de los resultados obtenidos mediante tablas.
8.15. RESULTADO 1
Análisis de la primera muestra
Muestra Especificaciones
Para la primera muestra utilizamos
bolitas de color verde, con un
diámetro de 25mm. En total se
utilizó 50 bolitas de las cuales el
50% de ellas nos lanzó un error
considerable. El peso no es un
problema, pero si el tamaño, porque
a veces la bolita no podía atravesar
el agujero por donde el sensor
detecta el color. Uno de los
problemas en la detección es que no
está bien establecido los
parámetros de frecuencia y
longitud de onda para el color.
Se probó con chicles, en este caso
de color rojo. Las especificaciones
técnicas para el color rojo es que
necesita una longitud de onda que
va desde los 618 hasta los 780 nm.
El color rojo presenta el mayor
rango de longitudes de onda, para
lo cual el sensor infrarrojo trabaja
muy bien con este color. Se probó
una muestra de 50, de lo cual solo 5
bolitas salieron erróneas debido a
que existen diferentes tonalidades
para este color. Un error de 20%. El
valor real es de 10.20
39. Para el color amarillo se necesita
una longitud de onda de 570 a 590
nm. Cabe recalcar que todas las
muestras tenían un diámetro de
25mm. En este caso el tamaño no es
un problema. El amarillo junto con
el magenta es un color sustractivo.
En el espectro visible el amarillo
está cerca del centro, es decir entre
el verde y naranja, por lo que al
momento de censar se puede
confundir con el color verde. Una
muestra de 50 bolitas nos dio como
resultado un 30% de error.
8.16. RESULTADO 2
• Para interpretar el error tenemos que tener en cuenta la transmitancia que es
una magnitud que expresa la cantidad de energía que atraviesa un cuerpo por
unidad de tiempo. En este caso será la luz que el sensor proyecta sobre las
bolitas. Se define mediante la siguiente ecuación:
𝑇 =
𝐼
𝐼𝑜
∗ 100%
Donde:
lo: es la intensidad del rayo incidente
I: es la intensidad de la luz que viene de la muestra
Para poder saber el color exacto se utiliza el espectro de frecuencias y las
longitudes de onda especificados en la tabla del espectro electromagnético.
• El calculo de la frecuencia para cada color es necesario para poder
interpretar el error.
Rojo:
𝑓 =
3𝑥108
620𝑥10−9
= 483.87 𝑇𝐻𝑧
Azul:
𝑓 =
3𝑥108
450𝑥10−9
= 666.66 𝑇𝐻𝑧
Amarillo:
𝑓 =
3𝑥108
570𝑥10−9
= 526.32 𝑇𝐻𝑧
Verde:
41. 8.17. RESULTADO 3
Aspecto Criterio
Indicador Excelente 10 Muy bien 8 Regular 6 Malo 4
Material Materiales
apropiados
fueron
seleccionados y
creativamente
modificados.
Materiales
apropiados
fueron
seleccionado
s y había
una tentativa
en la
modificación
creativa.
Fueron
utilizados
materiales
apropiados.
Fueron
utilizados
materiales
inapropiados
y da como
resultado un
error.
Peso El peso es el
adecuado para
usar en el
prototipo
El peso
influye un
poco en el
funcionamien
to correcto.
El peso es un
factor que
afecta la
sonorización.
El peso no es
el adecuado
para el
funcionamie
nto del
prototipo.
Color La síntesis del
color es el
adecuado para el
sensor foto
detector.
El tono del
color
presenta una
ligera
modificación.
El color tiene
fallas que
afectan al
sensor.
El tono del
color no es el
adecuado
para el sensor.
Tamaño El tamaño es el
adecuado.
El tamaño es
un poco más
grande o
pequeño de
lo esperado.
El tamaño
produce que se
atasque la
máquina
El tamaño no
permite que la
maquina
funcione
correctamente
.
50
20
30
Errores de las muestras
Verde Rojo Amarillo
42. Cuidado tomado
en los materiales
El gran cuidado
tomado
en la elaboración
trata de
modo que la
estructura
sea aseada,
atractiva y
siga
proyectos
con
exactitud.
Construcción
cuidadosa,
pero 1-2
detalles
podrían
haber sido
refinados
para un
producto
más
atractivo.
Buena
elaboración
pero 3-4
detalles
podrían haber
sido refinados
para un
producto más
atractivo.
La
elaboración
aparece
descuidada o
casual.
Muchos
detalles
necesitan el
refinamiento
para un
producto
fuerte
o atractivo.
Recolección de
datos de las
características del
material
Datos
tomados
varias
veces en una
manera
cuidadosa,
confiable.
Datos
tomados dos
veces
en una
manera
cuidadosa,
confiable
Datos tomados
una vez en
una manera
cuidadosa,
confiable.
Datos no
tomados con
cuidado o no
tomado
en una
manera
confiable.
Función
El material
funciona
extraordinariame
nte bien,
manteniéndose
firme.
El material
funciona
bien,
manteniéndo
se
firme.
El modelo
funciona
bastante bien,
pero
se deteriora.
Defectos
fatales en
función con
fracaso
completo.
Modificación/prue
bas
Pruebas claras
de solución,
pruebas, y
refinamientos
basados en
datos o principios
científicos.
Pruebas
claras
de solución,
pruebas y
refinamiento
s.
Algunas
pruebas
de solución,
pruebas y
refinamientos
Pequeñas
pruebas de
solución,
pruebas o
refinamiento.
Reunión de
Información del
material
Información
exacta tomada
de varias fuentes
en
una manera
sistemática.
Información
exacta
tomada de
un par de
fuentes en
una manera
sistemática
Información
exacta tomada
de un par de
fuentes pero
no
sistemáticamen
te.
Información
tomada
de sólo una
fuente y/o
información no
exacta.
Resultados
Aspecto Valoración
Material Muy bien 8
Peso Excelente 10
Color Muy bien 8
Tamaño Excelente 10
43. Cuidado tomado en los materiales Muy bien 8
Recolección de datos de las
características del material
Regular 6
Función Muy bien 8
Modificación/pruebas Excelente 10
Reunión de Información del material Muy bien 8
8.18. RESULTADO 4
Pruebas y valoraciones
Prueba Inicial Prueba Actual
Aspectos Evaluar Datos Tomados Aspectos Evaluar Datos tomados
Color Referencia Rojo Color Referencia Rojo
Nro de muestras 100 Nro de muestras 100
Tamaño 25mm diámetro Tamaño 20mm diámetro
Peso 2.2 gramos Peso 2 gramos
Longitud de onda 618-780 nm Longitud de onda 618-780 nm
Frecuencia 405-480 hertz Frecuencia 405-480 hertz
Presencia de luz NO Presencia de luz SI
Tiempo (m) 10 min Tiempo (m) 10 min
Muestras fallidas 50 Muestras fallidas 25
Pruebas y valoraciones
Prueba Inicial Prueba Actual
Aspectos Evaluar Datos Tomados Aspectos Evaluar Datos tomados
Color Referencia Amarillo Color Referencia Amarillo
Nro de muestras 50 Nro de muestras 50
Tamaño 25mm diámetro Tamaño 20mm diámetro
Peso 2.2 gramos Peso 2 gramos
Longitud de onda 570-590 nm Longitud de onda 570-590 nm
Frecuencia 510-530 hertz Frecuencia 510-530 hertz
Presencia de luz NO Presencia de luz SI
Tiempo (m) 10 min Tiempo (m) 10 min
Muestras fallidas 20 Muestras fallidas 15
Pruebas y valoraciones
Prueba Inicial Prueba Actual
Aspectos Evaluar Datos Tomados Aspectos Evaluar Datos tomados
Color Referencia Verde Color Referencia Verde
Nro de muestras 200 Nro de muestras 200
Tamaño 25mm diámetro Tamaño 20mm diámetro
Peso 2.2 gramos Peso 2 gramos
Longitud de onda 500-570 nm Longitud de onda 500-570 nm
Frecuencia 530-580 hertz Frecuencia 530-580 hertz
44. Presencia de luz NO Presencia de luz SI
Tiempo (m) 10 min Tiempo (m) 10 min
Muestras fallidas 15 Muestras fallidas 11
8.19. RESULTADO 5
Tabla de Errores (DIA)
Error Parcial (Primer Parcial) Error Total (Segundo Parcial)
Muestras Errores
Iniciales
% Muestras Errores
finales
%
50 10 20% 50 2 4%
100 10 10% 100 5 5%
200 25 12.5% 200 15 7.5%
400 40 6.5% 400 26 4%
500 100 20% 500 40 8%
Total
Muestra
s
1250 185 69% Total
Muestra
s
1250 88 28.5%
50 Muestras; 20
100 Muestras; 10
200 Muestras; 12,5
400 Muestras; 6,5
500 Muestras; 20
PRIMER PARCIAL (DIA)
50 Muestras 100 Muestras 200 Muestras 400 Muestras 500 Muestras
45. Tabla de Errores (NOCHE)
Error Parcial (Primer Parcial) Error Total (Segundo Parcial)
Muestras Errores
Iniciales
% Muestras Errores
finales
%
50 6 12% 50 2 4%
100 7 7% 100 5 5%
200 15 7.5% 200 7 3.5%
400 20 5% 400 15 3.75%
500 50 16% 500 30 6%
Total
Muestra
s
1250 98 47.5% Total
Muestra
s
1250 59 22.25%
50 Muestras; 4
100 Muestras; 5
200 Muestras; 7,5
400 Muestras; 4
500 Muestras; 8
SEGUNDO PARCIAL (DIA)
50 Muestras; 12
100 Muestras; 7
200 Muestras; 7,5
400 Muestras; 5
500 Muestras; 16
PRIMER PARCIAL (NOCHE)
46. 8.20. RESULTADO 6
Interpretación del margen de error
Aspectos Evaluados Margen de error (si se
puede evaluar)
Comentario
Muestra
(Bolitas
de
color)
Tamaño Peso Material
En forma general
hablamos de un margen de
error promedio entre todas
las muestras, es decir:
(25%+15%+11%)/3=17%
Las bolitas que
sirven como
muestra deben
tener un tamaño
de 20mm para que
puedan atravesar
el orificio por
donde se
encuentra el
sensor, el peso
debe ser
aproximadamente
de 2g para que el
soporte no se
dañe, además del
material que
puede ser
cualquiera pero de
un peso ligero.
Modelo RGB Ninguno El modelo RGB
se utilizó porque
utiliza los colores
primarios; es
decir rojo, verde y
azul de ahí se
desprenden los
demás colores, en
50 Muestras; 4
100 Muestras; 5
200 Muestras; 3,5
400 Muestras;
3,75
500 Muestras; 6
SEGUNDO PARCIAL (NOCHE)
47. este caso
utilizamos estos
colores para
mayor facilidad al
momento de
censar.
Estructura del sistema sensorial Presenta error La estructura de
madera no está
bien organizado
por lo que al
momento que gira
el soporte para
clasificar tiende a
chocarse con el
sistema de conteo,
recolocamos las
partes de la
máquina para una
mejor eficiencia y
una mejor
distribución de las
partes.
Sensor TCS2300 Default (2%) El sensor viene
descalibrado con
un margen de
error del 2%,
mediante
programación se
ajustan a las
frecuencias para
cada color
disminuyendo el
margen de error.
Servo Motores Ninguno El servomotor
gira de -90° a 90°
dando un giro
total de 180°
suficientes para
poder clasificar
cada color dentro
del rango de giro.
Arduino nano Ninguno Este
microcontrolador
es suficiente para
nuestro proyecto
porque tiene
pocos pines
suficientes para
todas las
48. conexiones y para
reducir espacio en
el sketch.
Transformador Ninguno Nos permite
alimentar a
nuestra maquina
mediante la luz
eléctrica
transformando el
voltaje necesario
para el
funcionamiento,
sin la necesidad
de alimentar
desde nuestra
computadora.
Sistema de conteo Ninguno El sistema de
conteo nos
permite saber la
cantidad exacta de
bolitas que se han
clasificado
mediante
acumuladores.
Botón de emergencia Ninguno En caso de
producirse algún
error durante el
funcionamiento
del sistema
sensorial.
9. ARTICULOS
49. 9.1.ARTICULO 1
Responsable: Gustavo Hidalgo
RESUMEN
En este artículo relacionado Arduino aprenderemos a conectar sensores ultrasónicos con
un Arduino para la medición de distancias también podemos obtener datos
proporcionando por el sensor ultrasónico. Podemos conectar a un Arduino un circuito
integrado para censado de temperatura con el respectivo dato del sensor de temperatura.
Se conectarán las salidas PWM de Arduino a un LED RGB y se programará Arduino para
manejar intensidades individuales dentro de un conjunto de colores del LED RGB.
Los parámetros eléctricos de este sensor es una corriente de trabajo de 15 mA el rango
máximo es de 1 m. El circuito integrado para medición de temperatura LM35 tiene una
salida de voltaje linealmente proporcional a la temperatura que se esté ocupando en
grados centígrados su calibración externa proporciona exactitud es típicas de un ¼ °C en
una habitación y su conexión requiere una entrada analógica donde se conecta la salida
para recibir valores negativos en tal caso sería el Arduino. La conexión y uso de LED
RGB con salidas PWM aquí se conecta el Arduino y el módulo rgb para permitir al
usuario ingresar datos del brillo de led rgb por medio del monitor serial programando lo
en Arduino de acuerdo a un color específico es importante colocar los niveles para el
color deseado de manera que funcione correctamente el programa sin ajuste de línea ia
9600 baudios. Aplicando lo visto en el artículo de variables analógicas se hace uso de una
fotorresistencia para detectar los niveles de luz del ambiente y dependiendo de su valor
encender o apagar el LED.
50. 9.2.ARTICULO 2
Responsable: Silvia Eugenio
RESUMEN
El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material cuando se lo
ilumina con radiación electromagnética, digamos que si iluminamos una superficie
metálica con un haz luminoso de frecuencia apropiada se emiten electrones de la
superficie. Esta emisión de electrones desde la superficie por la acción de la luz se
denomina efecto fotoeléctrico.
También es importante resaltar que uno de los autores de este comentario sea el Planck,
quien a fin de cuentas introdujo por primera vez los quanta de luz, el físico Oseen propuso
que se le otorgara el premio por su deducción del efecto fotoeléctrico. Este lo recibió
1922. Mostraba el corpuscular de la luz. El experimento consistía en provocar una chispa
con una bobina de inducción y detectar los efectos de la radiación electromagnética Herzt,
decía que de hecho con un prisma descompuso la luz del emisor y descubrió que la chispa
en el emisor era más intensa al ser expuesta a la luz ultravioleta, este se utilizó para ver
el espectro radio magnético.
En 1912, Arthur Lewelyn demostró experimentalmente el crecimiento lineal al igual que
el de la frecuencia de la energía cinética de los electrones foto emitidos 1916, tanto la
frecuencia de la luz como la energía de los electrones emitidos se propuso como el valor
de la constante de Planck.
51. 9.3.ARTICULO 3
Responsable: Johanna Balladares
RESUMEN
El efecto fotoeléctrico dentro de la historia y las contribuciones de Albert Einstein se
consideran como algo clave al estudiar el tema de la física cuántica, sin embargo podemos
cuestionar y también conocer sobre las partículas microscópicas como fotones y también
dar a conocer sobre los cuantos de luz distribuida dentro de campos electromagnéticos, y
se propone que la luz tiene varios parámetros que de definen dentro de este proceso pero
también Einstein propone que la propagación de la luz comienza a partir de la existencia
de un valor finito de cuantos de energía que se sitúan en varios puntos del espacio sin ser
definidos y solamente se mueven sin dividirse pero si pueden ser absorbidos o también
generados como unidades completas.
Dentro del proceso fotoeléctrico también podemos encontrar relámete el proceso que
realiza el sensor en el momento de realizar el proceso de detección de color y sabemos
que es una emisión de luz que chonca contra una superficie de metal en algún campo que
deberá estar definido, en este caso este experimento nos ayuda a firmar todo el proceso
con un enfoque físico y permite dar a conocer a estudiantes que realmente es lo que sucede
al dar esa emisión de luz, la que nos permita obtener varios parámetros de estudio, y el
análisis de componentes claves para a detección de color dentro del proceso del sistema.
52. 9.4.ARTICULO 4
Responsable: Bryan Galarza
RESUMEN
En este artículo se presenta un prototipo utilizando un sensor RGB, el cual estima el color
y nos hace tener una referencia de este. Este sensor RGB cuenta con fotodetectores el cual
ayuda a detectar el color de mejor manera. La digitalización de imágenes es un buen
método para realizar medidas de color, ya que a diferencia de los métodos colorimétricos
que realizan una única medida en una cierta zona, se puede tener un objetivo de las
zonas de interferencia, es decir que no se altere la medición ya sea por manchas en las
frutas.
El sensor de color consiste en una fuente de luz blanca desarrollada por medio del LED
RGB, una fibra óptica plástica como guía de onda (sensores extrínsecos) y de un
transductor con fotodetectores. Estos sensores extrínsecos consisten en una guía de onda
que transportan la radiación emitida por una fuente de luz. El sensor RGB cuenta con
cuatro entradas digitales a través de las cuales es posible escalar la frecuencia de salida
del sensor y seleccionar el filtro RGB que se desea utilizar. Para determinar qué colores
se están captando, se utilizan modelos de color, ya que éstos hacen posible la
representación de los colores de forma numérica; un ejemplo de modelo de color son
RGB y HSV (saturación y brillo, por sus siglas en inglés). Los resultados conseguidos
con el instrumento muestran error de precisión de 3% de promedio al detectar los cambios
de color. Al medir el color de la guayaba se presentó una evolución desde el verde intenso
hacia colores verde amarrillo claro en pruebas realizadas. El uso de la fibra óptica permite
tener una señal de bajo ruido y alta sensibilidad.
53. 10. SISTEMAS DE INSTRUMENTACION
Tabla de componentes
Componentes Electrónicos
Componentes Grafico Definición
Sensor
TCS3472
Este sensor de color formado por
una matriz de 4×3 fotodiodos
nueve de los cuales están dotados
de filtros de color capaces de
detectar la luz que incide en ellos
separándola conforme a un modelo
de color RGB y la iluminación sin
filtrar en el caso de los tres
restantes.
Servomotor Un servomotor es un tipo especial
de motor que permite controlar la
posición del eje en un momento
dado. Está diseñado para moverse
determinada cantidad de grados y
luego mantenerse fijo en una
posición.
Arduino nano
V3
Es una placa de desarrollo de
tamaño compacto, completa y
compatible con protoboards,
basada en el microcontrolador
ATmega328P. Tiene 14 pines de
entrada/salida digital (de los cuales
6 pueden ser usando con PWM), 6
entradas analógicas, un cristal de
16Mhz, conexión Mini-USB,
terminales para conexión ICSP y
un botón de reseteo.
54. Cable USB Su sigla correspondiente a
Universal Serial Bus: un estándar
que, en el terreno de la
computación, establece los
protocolos y los conectores que se
emplean en un bus para la
conexión de dispositivos.
Resistencia Se le denomina resistencia
eléctrica a la oposición al flujo de
corriente eléctrica a través de un
conductor.
Display de 7
segmentos
El visualizador de siete segmentos
es una forma de representar
caracteres en equipos electrónicos.
Está compuesto de siete segmentos
que se pueden encender o apagar
individualmente. Cada segmento
tiene la forma de una pequeña
línea. Se podría comparar a
escribir números con cerillas o
fósforos de madera
Led La tecnología conocida como LED
también conocida como diodo
emisor de luz consiste básicamente
en un material semiconductor que
es capaz de emitir una radiación
electromagnética en forma de Luz.
Es un componente optoelectrónico
pasivo.
Capacitor Un condensador eléctrico es un
dispositivo pasivo, utilizado en
electricidad y electrónica, capaz de
55. almacenar energía sustentando un
campo eléctrico.
Cable
multipack
Un cable de pares es el formado
por grupos de dos hilos de material
conductor, de grosores entre 0,3 y
3 mm, recubiertos de plástico
protector.
El cable multipar es aquel formado
por un elevado número de pares de
cobre, generalmente múltiplo de
25. Existen cables multipares
normalizados con capacidad de 25,
50, 100, 250, 1200 y hasta 3600
pares en un único cable físico.
Software
Matlab MATLAB es un sistema de
cómputo numérico que ofrece un
entorno de desarrollo integrado
con un lenguaje de programación
propio. Está disponible para las
plataformas Unix, Windows, Mac
OS X y GNU/Linux
Python Python es un lenguaje de
programación interpretado cuya
filosofía hace hincapié en una
sintaxis que favorezca un código
legible. Se trata de un lenguaje de
programación multiparadigma, ya
que soporta orientación a objetos,
programación imperativa y, en
56. menor medida, programación
funcional.
Tabla 1 tabla de componentes del sistema sensorial
11. CONCLUSIONES
• A partir de las actividades realizadas en el objetivo 3, se puede llegar a la
conclusión de que el error en el segundo parcial disminuyó en comparación con
el primer parcial, de acuerdo a las pruebas realizadas durante un intervalo de
tiempo de 10 min para cada muestra y en cada color.
• Se puede concluir que entre el color verde y el azul va a existir un ligero error
debido a que las longitudes de ondas y las frecuencias son cercanas entre sí, por
lo tanto, el sensor va a seguir teniendo un mínimo error, el cual es despreciable
de acuerdo a múltiples pruebas realizadas.
• Se obtiene mejores resultados cuando el material de las muestras, es decir las
bolitas de colores son de un material no tan pesado, por el contrario, esto
provocaría una falla en el soporte pudiendo quebrarse.
• Creamos un programa en PYTHON y en ARDUINO los cuales nos indican en
tiempo real el comportamiento de este y datos detallados llevado a cabo.
• Se realizo las pruebas de funcionamiento pertinentes para poder sacar un
margen de error del prototipo.
• Comparamos los errores encontrados en los distintos diagramas de etapas los
cuales permiten reconocer su nivel de efectividad, sin embargo, se logró detectar
una falla en la etapa 3 y 4 las cuales fueron modificadas.
12. RECOMENDACIONES
• Para poder obtener mejores resultados durante el funcionamiento del sistema
sensorial, es recomendable que las pruebas se los realicen durante la noche o en
lugares donde no exista mucha luz del sol, debido a que esto afecta el espectro
de frecuencias de los colores y no se obtienen buenos resultados.
• El material de la muestra no debe ser muy pesado y de un diámetro de
aproximadamente 20mm ya que, si no es así, existe la posibilidad de que las
bolitas se atasquen en el soporte que clasifica de acuerdo a los colores.
• Existe un error si es que la bolita presenta una falla, es decir si tiene alguna
suciedad o algo que haga que el sensor no interprete el color correcto. Por eso
es recomendable que el color se encuentre en buen estado para una mayor
eficiencia.
57. • Ubicar los sensores en una posición fiable que no absorba la luz exterior, el cual
interfiera en la obtención del color especifico.
• Es imprescindible contar con mecanismo de control, como por ejemplo un botón
de emergencia para detener en caso de ingreso de material no permitido, o
atascamiento de los sistemas autónomos.
13. ANEXOS
13.1. COMUNICACIÓN SERIAL PYTHON Y ARDUINO
58. 13.2. ENSAMBLAJE DEL PROTOTIPO ORIGINAL
Ilustración 14 Esquemático de las pistas del tablero de control
Ilustración 15 Esquema de componentes de la parte frontal
59. Ilustración 16 Esquema del circuito de control y conexión serial
13.3. ESQUEMA FISICO
Para ello se ha implementación de la utilización del programa de AutoCAD con
la finalidad de implementar las piezas necesarias para nuestro prototipo.
Ilustración 17. Figura de la pieza parte delantera
Ilustración 18. Figura de la pieza de la parte lateral
Ilustración 19. Figura de la pieza de la parte trasera
60. Ilustración 20. Implementación de las partes del colorímetro
Ilustración 21. Maqueta del clasificador de colores
Ilustración 22. Maqueta interna sensores
13.4. ANEXO DISEÑO
61. 13.5. BIBIOGRAFIAS
(s.f.). Obtenido de http://redgeomatica.rediris.es/carto2/arbolB/cartoB/Bcap5/5_9_3.htm
(s.f.). Obtenido de http://proyectacolor.cl/teoria-de-los-colores/fisiologia-del-
color/#conos
(s.f.). Obtenido de http://www.scielo.org.mx/pdf/cys/v8n4/v8n4a5.pdf
(s.f.). Obtenido de http://artisticomiranda.blogspot.com/2013/11/modelo-rgb.html
(s.f.). Obtenido de
http://digibuo.uniovi.es/dspace/bitstream/10651/31528/6/TFMAndresGarciaCorbatoRU
O.pdf
(s.f.). Obtenido de http://www.fotonostra.com/grafico/escalascolores.htm
Anonimo. (2017). Modelos de color. Acerca del color.
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Avalos, A. (2019). Colores aditivos. ArteconAles.
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falso color a objetos en imagenes digitales. Revista Mexicana de Fisica E.
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Zita, A. (2018-2019). Que es la Fisica. Toda Materia.
63. ANEXOS
1. TEMA DE INVESTIGACION
“Efecto fotoeléctrico y su incidencia en la detección de colores aditivos”.
2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GENERAL
Objetivo General
Evaluar las etapas dentro del sistema de detección de colores aditivos.
Resultado: Sistema sensorial con mayor eficiencia en la detección de colores y menor
porcentaje de error.
2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Objetivo Específico 1
Determinar las etapas de estudio del prototipo.
Resultado: Esquemas de bloques con las diferentes etapas que intervienen en el
sistema de interpretación de colores.
Objetivo Específico 2
Establecer la etapa de rediseño para disminuir el porcentaje de error en el producto.
Resultado: Nivel de eficiencia del sistema dentro de la etapa a rediseñar.
Objetivo Específico 3
Interpretar la variación el porcentaje de error.
Resultado: Porcentaje de error parcial y final.
64. 3. ACTIVIDADES Y RESULTADOS
Objetivo Específico 1
Descripción: Determinar las etapas de estudio del prototipo.
Actividades: Resultados:
1 Estudio del
efecto
fotoeléctrico
aplicado al
sensor
1 Ilustración del proceso de detección del color dentro
del sensor (demostración).
2 Resultados de
evaluación de
cada una de las
etapas del
sistema
2 Tabla de porcentajes de error de cada etapa
3 Definición de
la etapa a
evaluar
3 Cuadro de ventajas y desventajas
4 Identificación
de los
parámetros
4 Tabla con los parámetros a utilizar en la etapa.
5 Estudio de los
materiales en
la etapa de
detección de
color
5 Elección de materiales de estudio
6 Analizar el
material apto
para la
detección de
color
6 Tabla de características de cada uno de los materiales
escogidos
7 Selección de
muestra
7 Cálculos de muestreo a utilizar (cantidad de esferas)
8 Pruebas de
funcionamient
o de cada uno
de los
materiales de
estudio
8 Tabla de indicadores de cada uno de los materiales
9 Obtención del
material
específico a
9 Justificación del uso del material
65. trabajar en el
colorímetro
Objetivo Específico 2
Descripción: Establecer la etapa de rediseño para disminuir el porcentaje de error en
el producto
Actividades: Resultados:
1 Interpretación de
Un nuevo rango
de color
(Codificación
Arduino)
1 Código Arduino
2 Modificación de
la Etapa 3 y 4 del
sistema
(Codificación
Python)
2 Código Python
3 Implementación
de la etapa de
rediseño en el
proceso
3 Esquema de etapas
4 Evaluar el
proceso de
rediseño
4 Tabla de indicadores del rediseño
5 Establecer
horario de
pruebas
5 Tablas de la condiciones ideales y extremas
Objetivo Específico 3
Descripción: Interpretar la variación del porcentaje de error.
Actividades: Resultados:
1 Porcentaje de
error con
distintas
muestras.
1 Interpretación de los resultados de cada muestra.
66. 2 Gráficas del
porcentaje de
error con cada
uno de los
materiales
evaluados.
2 Análisis de cada material.
3 Valoración del
material.
3 Indicadores de efectividad del material.
4 Pruebas y
valoraciones
iniciales.
4 Datos de comparación con anteriores pruebas.
5 Establecer el
error parcial y
total.
5 Cálculo de porcentaje de error reducido.
6 Interpretación
de los márgenes
de error.
6 Informe de los resultados obtenidos mediante tablas.
4. ORGANIZADORES LÓGICOS Y MANDALAS
ORGANIZADOR LÓGICO DE VARIABLES
Descripción: Técnica para organizar y representar información en forma visual que debe
incluir conceptos y relaciones acerca de las variables.
Variable Dependiente Variable Independiente
Efecto fotoeléctrico Detección de color
67. Variable Independiente
Variable Dependiente
Sistemas Sensoriales
Tipos de sistemas
sensoriales
Sistema sensorial de
interpretacion de
colores
Etapas de
sensorizacion
Deteccion de
color
Fisica
Tipos de Fisica
Fisica Moderna
Fisica Cuantica
Fenomenos
Cuanticos
Efecto
Fotoelect
rico
68. MANDALA
Descripción: Es un esquema circular en el que se representan varias ideas vinculadas a través de
dibujos dentro de dicho círculo.
Variable Dependiente Variable Independiente
Efecto Fotoeléctrico Detección de color
Variable Independiente
EFECTO FOTOELECTRICO
Colores
Aditivos
Componentes
Efecto
Compton
Parámetros
Intensidad
de luz
Frecuencia
Clasificación Constante
de Planck
Energía
Electrom
agnética
Fotón
Longitu
d de
onda
Fotoelectrones
Modelos
Espacios
Sensor
Campo
69. Variable Dependiente
PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO
DETECCION DE COLOR
Sensor
Sistemas
Sensoriales
Selección de
materiales
Parámetros
Tono
Saturación
Luminosidad,
Matiz, Frecuencia
Longitud de onda
Clasificación Material
Dimensión
Peso
Clasificación
Sensor de
Color
Sensor
TCS34725
Sistema de color
Tipos de
sensores
73. TABLA DE PORCENTAJE DE PARTICIPACION
NOMBRE PERCENTAJE DE
PARTICIPACION
RESPONSABLE FIRMA
JOHANNA
BALLADARES
100% PRIMER
OBJETIVO
SILVIA EUGENIO 100% PRIMER
OBJETIVO
OSCAR HIDALGO
90%
SEGUNDO
OBJETIVO
BRYAN GALARZA 90% TERCER
OBJETIVO
