Bienvenidos
Sistema de control de nutrición para perros
Resumen
Construí un prototipo capaz de medir el peso de un perro que se acerque y en base a un algoritmo proporcionar la cantidad adecuada de comida para asegurar una alimentación óptima en el animal sin la supervisión humana.
El sistema también distribuye una cantidad determinada de agua las veces que sean necesarias en el día con la finalidad de mantener hidratado al perro todo el tiempo.
Les voy a explicar el proceso de construcción del prototipo en 3 etapas:
Etapa 1: Elementos electrónicos involucrados en el proyecto
Electroválvula
Es un dispositivo que actúa como interruptor ante el paso de fluidos. Poseen un solenoide a través del cual circula una corriente, que hace posible abrir o cerrar la válvula, controlando así el flujo de un fluido.
La electroválvula es la encargada de controlar el suministro de agua para el perro.
Para el diseño del circuito de control de la electroválvula utilicé un transistor en configuración de corte y saturación para activar la electroválvula mediante una señal de pulso de 5V.
La electroválvula es la encargada de controlar el suministro de agua para el perro.
Para el diseño del circuito de control de la electroválvula utilicé un transistor en configuración de corte y saturación para activar la electroválvula mediante una señal de pulso de 5V.
Servo
Un servomotor es un dispositivo similar a un motor de corriente continua (DC), pero se diferencia de éste principalmente porque el servo tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición angular dentro de su rango de operación y detenerse en dicha posición si así se desea. Básicamente es un motor eléctrico que puede ser controlado tanto en velocidad como en posición.
Los servomotores funcionan mediante modulación de ancho de pulso (PWM). Esto quiere decir que se envían pulsos que determinan la dirección o posición del mecanismo, con una representación gráfica de onda cuadrada considerando el voltaje en función del tiempo. La mayoría trabaja con frecuencias de 50Hz, de modo que las señales PWM tendrán un período de 20ms.
Si el servo recibe una señal de entre 0.5ms y 1.4ms, el este se moverá en sentido horario. Entre 1.6ms y 2ms, el servo se moverá en sentido anti horario. 1.5ms representa un estado neutro (sin movimiento) en los servomotores más comunes.
Si el servo recibe una señal de entre 0.5ms y 1.4ms, el este se moverá en sentido horario. Entre 1.6ms y 2ms, el servo se moverá en sentido anti horario. 1.5ms representa un estado neutro (sin movimiento) en los servomotores más comunes.
Utilicé el servo Hitec HS-311 (para el mecanismo encargado de abrir o cerrar la tapa que permite la caída de alimento al plato)
Microcontrolador
Un microcontrolador es un circuito integrado programable que puede ejecutar órdenes grabadas en su memoria y configurar sus puertos. Está compuesto por varios bloques funcionales con tareas específicas, y en su interior tiene las 3 unidades funcionales principales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada y salida.
Existe una gran variedad de microcontroladores con diferentes características y funciones creadas por diversas compañías. Para este proyecto utilicé el microcontrolador ATMEGA8 porque en ese entonces estaba acostumbrado a manejar AVR.
Existe una gran variedad de microcontroladores con diferentes características y funciones creadas por diversas compañías. Para este proyecto utilicé el microcontrolador ATMEGA8 porque en ese entonces estaba acostumbrado a manejar AVR.
Sensor de fuerza
Lo utilicé para adaptarlo entre 2 superficies de madera en una estructura de presión ajustable con pernos, de modo que cuando el perro se posicione sobre el sistema, ya sea para beber agua o ingerir alimentos, el sensor detecte el peso de tu mascota y según la lógica de control, suministrar la cantidad adecuada de balanceado.
El sensor utilizado fue el FSR 406, es un sensor resistivo, es decir, varía el valor de su resistencia eléctrica en función de la fuerza que se le aplique. En este caso las fuerzas distribuidas pueden ir en un rango desde 0.1N hasta 10N. Su señal debe ser acoplada con un circuito de amplificador operacional que especifica el fabricante, parecido al que se ve aquí abajo:
La curva de resistencia eléctrica en función de la fuerza es similar a la que pueden ver aquí abajo:
Etapa 2: Diseño del circuito de control
Las características del sistema de control son las siguientes:
- Uso del microcontrolador ATMEGA8
- Dispensar agua siempre que el nivel baje de la marca mínima, independientemente de si un perro se acerca o no al prototipo, es decir, activar la electroválvula siempre que el fin de carrera que detecta el nivel de agua no esté pulsado
- Dispensar alimento de acuerdo al peso de un perro que ubique sus patas delanteras sobre el dispositivo. Las categorías de peso para nuestra investigación científica son: livianos (peso<2Kg), medianos (peso<4Kg), pesados (desde 4 Kg en adelante). Para dispensar alimento, se debe mover el servo de la posición 0º hasta 90º, en caso de perros livianos el servo se mantendrá en 90º por un tiempo de 5 segundos, en caso de un perro mediano 10 segundos, y en caso de un perro pesado 15 segundos
- Para relacionar el peso del animal con una variable eléctrica se utiliza un ADC en el microcontrolador. El valor numérico del ADC se obtiene a través de la ecuación que se observa aquí abajo:
El circuito de control lo simulé utilizando el software PROTEUS (ISIS para la simulación y selección de componentes y ARES para la elaboración de las pistas del circuito impreso.
Así quedó la simulación del circuito de control:
Haciendo zoom a la etapa del microcontrolador:
Y luego del ruteado de pistas el circuito impreso quedó así:
El condensador de 2200uF, puente de diodos y regulador de voltaje los usé porque en el circuito de control incluí la fuente de alimentación. Los condensadores cerámicos son los condensadores de acople y desacople recomendados por el fabricante del regulador y otros circuitos utilizados
Etapa 3: Recipientes y elementos mecánicos
Mecanismo de distribución de alimento utilizando servomotor
Recipiente para almacenamiento de agua (recipiente plástico, capacidad 3L)
Recipiente para almacenamiento de alimento balanceado (recipiente plástico, capacidad 3L)
Recipiente para distribución de agua (recipiente plástico, es donde el perro va a beber)
Recipiente para distribución de alimento (recipiente plástico, es donde el perro va a comer)
Recipiente para el mecanismo de detección de nivel de agua
Madera y tornillos para la estructura
Adicional: Tabla de datos útil durante el desarrollo del proyecto:
Resultados
Gracias por pasar
y recuerden