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Diseño de dispositivo autónomo de detección de la orientación solar.

ANEXO 1. CALIBRADO DE LOS SENSORES.

Las resistencias dependientes de la luz (LDR) varían su resistencia en función de la luz que reciben. Un incremento de la luz que reciben produce una disminución de la resistencia que presentan al paso de corriente eléctrica. Esta variación es similar para LDR´s del mismo tipo, pero debido a las diferencias entre ellas, no todas presentan un comportamiento ante la luz idéntico. Este efecto no es importante si se utiliza una única LDR o para proyectos en los que la precisión requerida no es alta. Sin embargo, para el presente proyecto se requiere una precisión elevada y un comportamiento similar en las catorce resistencias utilizadas en la matriz de recepción. Es necesario corregir los valores obtenidos para que el resultado final sea el deseado. Inicialmente se requiere una curva característica de cada LDR obtenida a partir de un calibrado. El calibrado consiste en determinar, mediante la medida y comparación con un patrón, el valor correcto de la lectura de un instrumento de medida, en este caso las LDR´s. Para el objeto de este proyecto no es necesario conocer el valor exacto en lúmenes de intensidad en cada LDR, sino cuál de ellas y en qué porcentaje recibe más o menos luz. De esta manera, mediante un algoritmo, se podrá calcular el ángulo de incidencia de los rayos solares. Por esta razón, se tomará como patrón de calibrado una de las LDR´s, a partir de la cual se determinará la curva característica de las demás. Inicialmente se realiza una toma de medidas de los sensores con distintas intensidades luminosas y con la placa de la matriz de recepción al descubierto. Con esta operación se consigue una tabla de valores como la que se puede ver en la página siguiente.

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L D R Nº 1

Nº 2

Nº 3

Nº 4

Nº 5

Nº 6

Nº 7

Nº 8

Nº 9

Nº 10

Nº 11

Nº 12

Nº 13

Nº 14

Toma 1

0,92

0,75

0,84

0,7

1,48

1,94

0,72

1,39

1,09

0,9

0,76

0,96

1,04

0,92

Toma 2

0,93

0,75

0,84

0,71

1,51

1,99

0,73

1,41

1,11

0,91

0,77

0,97

1,05

0,93

Toma 3

1,16

0,95

1,08

0,89

1,9

2,56

0,91

1,77

1,4

1,11

0,97

1,2

1,32

1,15

Toma 4

1,28

1,05

1,21

0,98

2,14

2,85

1,01

1,99

1,57

1,26

1,08

1,35

1,5

1,29

Toma 5

1,44

1,19

1,4

1,11

2,41

3,22

1,13

2,24

1,77

1,37

1,21

1,47

1,72

1,48

Toma 6

1,65

1,38

1,7

1,31

2,82

3,7

1,33

2,56

2,12

1,6

1,41

1,69

2,04

1,68

Toma 7

2,15

1,82

2,26

1,62

3,73

4,86

1,69

3,44

2,78

2,09

1,73

2,16

2,55

2,24

Toma 8

2,8

2,4

3,2

2,1

5,2

6,7

2,2

4,6

3,9

2,7

2,3

2,9

3,5

3,1

Toma 9

6,4

5,7

9,3

4,8

12,8

16,1

5,1

11,1

9,7

6,6

5,4

6,5

9,5

8,1

Medida

Tabla 9. Valores de los sensores.

Si se representan los valores de cada una de ellas frente a los valores obtenidos para la LDR referencia (en este caso la Nº 9), se obtiene la siguiente grafica: 18

Sensor 1

16

Sensor 2 Sensor 3

14

Sensor 4

12

Sensor 5

10

Sensor 6 Sensor 7

8

Sensor 8

6

Sensor 9 Sensor 10

4

Sensor 11 2

Sensor 12 Sensor 13

0 0

2

4

6

8

10

12

Sensor 14

Gráfica 1. Valores sin compensar.

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Como se puede observar en la gráfica anterior, cada una de ellas presenta una pendiente diferente y, por tanto, valores diferentes ante la misma intensidad luminosa. Así, es necesaria una linealización de las curvas características. Tomando los valores obtenidos para cada una de las LDR´s, se realiza una regresión utilizando la instrucción Estimacion.lineal de EXCEL. Esta instrucción utiliza el método de mínimos cuadrados para obtener la recta que mejor se aproxime a los puntos de partida. La ecuación para la línea es: y = mx + b Donde m es la pendiente y b el término independiente. X será el valor compensado e Y el valor real del sensor. Los parámetros para cada uno de los sensores se pueden ver en la siguiente tabla: Pendiente

T. Independiente

Sensor 1

0,63347508

0,29048822

Sensor 2

0,57344136

0,15573909

Sensor 3

0,98352028

-0,35452843

Sensor 4

0,47215659

0,24537071

Sensor 5

1,31370489

0,06326084

Sensor 6

1,63766311

0,25087227

Sensor 7

0,50564353

0,21738097

Sensor 8

1,12491889

0,20911816

Sensor 9

1

0

Sensor 10 0,65940151

0,19609172

Sensor 11

0,5344183

0,22604428

Sensor 12 0,64104453

0,32131413

Sensor 13 0,97831921

-0,0742712

Sensor 14 0,83385467

-0,03591809

Tabla 10. Parámetros de compensación

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Una vez obtenidos los parámetros de compensación, éstos se utilizarán para obtener los valores compensados a partir de los valores obtenidos de los sensores. El resultado para los valores de la tabla 9 se puede ver en la gráfica 2. 12

Sensor 1 Sensor 2

10

Sensor 3 Sensor 4

8

Sensor 5 Sensor 6

6

Sensor 7 Sensor 8

4

Sensor 9 Sensor 10 Sensor 11

2

Sensor 12 Sensor 13

0 0

2

4

6

8

10

12

Sensor 14

Gráfica 2. Valores compensados

Como se puede observar, ahora todas las respuestas tienen una pendiente muy parecida, por lo que los valores compensados de cada sensor serán muy próximos ante las mismas condiciones lumínicas. A pesar de la compensación realizada, los resultados obtenidos una vez montados los sensores en el dispositivo pueden ser inadecuados, por lo que es probable que sea necesario un segundo ajuste de los parametros de la tabla 10. Este nuevo ajuste se realizará en el periodo de pruebas del dispositivo. Una aproximación se puede ver en la tabla 11. En ésta se muestran los valores resultantes de un test con el prototipo montado. Debido a que los mecanismos de giro no están aún disponibles, los valores obtenidos no son definitivos y tendrán que ajustarse con posterioridad. Los ajustes se realizarán de manera experimental, es decir, se girará el dispositivo un ángulo conocido y se toman valores. Este proceso se realiza para los dos ejes y con varias amplitudes de giro y se van ajustando los parametros iniciales hasta que el valor compensado de los sensores sea adecuado.

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Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 Sensor 5 Sensor 6 Sensor 7 Sensor 8 Sensor 9 Sensor 10 Sensor 11 Sensor 12 Sensor 13 Sensor 14

Pendiente

T. Independiente

0,9035203

0,154528

0,6221566

0,1953707

0,7634751

0,2904882

0,7034414

0,2057391

1,3637049

0,2632606

1,4376631

0,2508723

0,4856435

0,117381

1,4349189

0,2091182

1

0

0,6594015

0,1960917

0,5344183

0,2260443

0,6410445

0,3213141

0,9783192

-0,074271

0,8338547

-0,035918

Tabla 11. Ajuste post-montaje.

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