Felix Maocho

Para quien le interese lo que a nosotros nos interesa

Arduino – Hacer un “Detector de Mentiras” – Capitulo 1 Hardware

Por Félix Maocho 
7/6/2014

Me parece que no de una forma legal, pero se encuentra en la red una publicación en PDF que es una tentación no bajarla a tu ordenador. Se llama 30 proyectos con Arduino  y no me ha dado tiempo a mirarlos todos con detalle. Tan solo he analizado uno a fondo, pero me parece un magnífico lugar para conseguir ideas para nuestros propios proyectos.

– – – – – – –  ACTUALIZACION – – – – – 

Al escribir la continuación de este post y estudiar a fondo el “Detector de Mencirad” he descubierto en el modelo descrito dos errores fundamentales uno en el esquemaa del Harware y otro en el desiño del software, por tanto ya no estoy yan seguro que esta sea una obra que no esté plagada de errores.

A pesar de todo creo que es una buena fuente de inspiracion para nuestros propios proyectos

– – – – – – –  FIN DE LA  ACTUALIZACION – – – – – 

Para dars una ligera idea del contenido, copio los título de unos cuantos de los proyectos que presenta:

    • Luz estroboscópica
    • Registrador de temperaturas USB
    • Matriz de LEDs
    • Osciloscopio
    • Cerradura magnética
    • Hipnotizador

Así hasta 30 proyectos en el que cada uno puede ser la semilla de proyectos adaptados a tus necesidades específicas o bien crear nuevos proyectos por la fusión de varias ideas de las que aquí se presentan.

Uno de estos proyectos lo voy a analizar a fondo y presentarlo a nivel de un muy principiante, para hacerle un favor al comunicante que me a ha pasado este link asombrosamente útil. Se trata nada más y nada menos, que de construir un Detector de Mentiras.

Principio en que se basa e aparato

Según parece, yo ni lo niego ni lo afirmo, la resistencia eléctrica de la piel varía según el estado de stress que padecemos, a más stress, menos resistencia eléctrica de la piel, y vuelvo a repetir, según parece, al decir mentiras se crea stress, luego la piel se hace menos resistente a la electricidad y por tanto si comparamos la resistencia de la piel en estado normal y en el estado que adquirimos al hacer preguntas, se puede discernir si el interrogado miente o dice la verdad.

Partiendo de que ese principio funcione si fuéramos capaces de medir si aumenta o disminuye la resistencia al paso de la electricidad de la piel podríamos saber si lo que dice es cierto o falso. Para ello vamos a comparar la resistencia de la pie de la persona a investigar en estado de reposo y ver si cuando contesta a preguntas aumente o disminuye la resistencia eléctrica de la piel.

Diseño del aparato

En primer lugar igualamos mediante una resistencia variable o reostato el voltaje de dos circuitos eléctricos, el que tiene el reostato y otro que se con un dedo apoyado en simultáneamente en dos chinchetas a otro circuito que valdrá como valor en situación neutral, Para igualar el voltaje de ambos circuitos, de esta forma tenemos un valor en “estado de reposo” de la resistencia de la piel del encuestado.

Comenzamos a hacer preguntas y si el voltaje del circuito que pase por el dedo aumenta, quiere decir que la resistencia ha disminuido y que según el principio explicado, el testigo dice mentiras . Si disminuye el voltaje la resistencia es mayor y suponemos que dice verdad y si no se modifica la es que la respuesta cierta o falsa no produce stress al sujeto.

Claro está que como esto no es una ciencia exacta, aceptaremos como iguales potenciales que se diferencien menos de un valor umbral que establecamos a priori.

Así pues detectamos periódicamente el voltaje del circuito que pasa por el dedo y el voltaje del circuito testigo y si miente encendemos una luz roja y hacemos sonar un zumbador, si dice verdad encendemos una luz azul y si ni lo uno ni lo otro, encendemos una luz verde, para mayor simplicidad, utilizaremos un mismo led que en unción de por qué pata le circule la electricidad emite luz verde, azul o roja y como zumbador utilizamos un zumbador que resuena si se le somete a un flujo intermitente de electricidad, a mayor frecuencia me un sonido más agudo.

Esquema del aparato

Sabiendo ya lo que queremos hacer, es fácil entender el esquema del circuito que tenemos que construir.
Entradas salidas de Arduino 

 

Arduino tiene dos tipos de entradas/salidas, las situadas en la parte superior son digitales, (marcadas del 2 al 13), es decir que solo tienen dos tipos de estado posible, en entrada (OUPUT) están encendidas y producen 5 voltios o están apagadas. Hay unas salidas especiales  PWM – puelse width modulation, marcadas ademáss con el caracter “~” ( en Arduino UNO  los pines 3, 5, 6, 9, 10 y 11), que pueden enviando el mandato adecuado encenderse y apagarse automáticamente muy rápidamente, como si fuera una corrienr¡te de pulsos eléctricos, por lo que aunque o envían 5 voltios o = voltios, el resultado en algunos casos es a efectos prácticos, por ejemplo, de emitir luz en un LED, es como si variase el voltaje, el Led enviara más o menos luz segun lo seguidos que sean os impulsos. En este proyecto esta propiedad no la vamos a utilizar por lo que no profuncizo más.  (De eso hemos hablado en otro sitio con detalle ), así pues generalizando en OUPUT producen 5 voltios o nada, y como entrada (INPUT) pueden dejar entrar electricidad o estar cerradas decir o sstán en 1 o en 0, solo tienen dos estado posibles tanto para emitir como para leer.

Por contra, las de la derecha son analógicas, es decir pueden tanto emitir o leer valores intermedios en concreto en salida OUPTU envían un voltaje entre o Voltios y 5 Voltios, proporcional a un parámetro que varia entre 0 y 240 y en lectura suministran un numero entre o y 240 que es proporcional al voltaje que entra en el pin.

Como lo que queremos es ver variaciones del voltaje debido al stress del interrogado tendremos que utilizar este segundo tipo de pins en entrada (INPUT), Utilizaremos dos pines de entrada el A0 para el circuito que cierra el dedo y el A1 para el circuito que se deja como referencia.

En cambio para mandar encender o apagar el LED que alimentamos con 5 voltios por una parta de entrada y abriremos el circuito que se inicia en cada una una de sus patas que corresponda a la luz que queremos emitir manteniendo cerrados los otros dos circuitos, por tanto utilizaremos pin digitales en entrada (INPUT) en concreto los pines digitales marcados con un 9 10 y 11 ( ojo quizá por error en el esquema el orden de los números de salida están bailados)

Aparte alimentaremos el zumbador con energía que dejaremos salir por el pin 7

El resto de los pines como eo 0 y el 1 de la parte superior y los demonminados power de la parte inferior tienen usos específicos que no vamos a explicar aqui porque no los utilizamos salvo el pin V3 que es un pin que permite sacar corriente electrica a 5 Voltios y los pines GMD que hay tanto en la parte superio como en la inferior que son sumideros a tierra que nos valen para finalizar los circuitos que se inician en un oin en OUPUT salida,

Esquema del proyecto

Arduino_Esquema_Verdad

– – – – – – –  ACTUALIZACION – – – – – 

A mi juicio, este esquema contiene un error, los tres LED que se representan, están girados especularmente es decir lo que queda al lado derecho deberia venir en el lado izquierdo y en  consecuencia como los LED son diodos y solo pueden ir colocados en un sentido de la corriente  donde pone 5V debería porner tierra (GMD) , lo cual arrastra logicamente otra consecuencia que no se refleja en el esquema que es que los puertos 9, 10 y 11 son de salida (OUPUT) en vez de entrada (INPUT)

– – – – – – –  FIN DE LA  ACTUALIZACION – – – – – 

 

Con esta información comprendida no tendremos dificultad en entender este  esquema.

En el esquema Arduino aparece de forma vertical girado 90º en las dirección de las agujas del reloj respecto de la foto anterior,, de modo que ahora los pines digitales quedan a la derecha y los analógicos a la izquierda  con el sde modo que las salidas

Lado izquierdo pines digitales

Utilizaremos los pines 7 como OUTPUT y l los pines 9 10 y 11 como IMPUT

– – – – – – –  ACTUALIZACION – – – – – 

A mi juicio, todos los Pin que se utilizan son de OUPÛT

– – – – – – –  FIN DE LA  ACTUALIZACION – – – – – 

A las salidas 9 10 y 11 se las conecta una resistencia de 100 ohmios. ¿Por qué? – Por dos motivos, el primero, es que los LED que utilizamos trabajan a 3,5 Voltios y lo vamos a conectar a 5 voltios. Al intercalar la resistencia rebajamos el voltaje a lo que necesitamos. La segunda razón es proteger la tarjeta Arduino de la energía que puede llegar a recibir. Si recuerdan la ley de Ohm I=V/R por tanto si V no varia pero aumente R, lo que disminuye es la el intensidad de la corriente, llegando a la entrada de tierra una intensidad de corriente que si puede asimilar la tarjeta sin riesgo de quemarla. Si se produjera un cortocircuito sin resitencias en medio la tarjeta podía no aguantar la descarga exactamente igual que pasa con un enchufe. EsSta es la razón por la que en  cualquier proyecto que acaba en la tierra de  Arduino (GMD), el circuito tiene que tener una resistencia total de al menos 100 ohmios. Si quieren más información sobre el tema, lee el post ·Atelier JCM, Capítulo Tres”

Explicada por qué hay una resistencia de 100 ohmios tan solo queda señalar que aunque en el esquema aparece tres leed, la realidad es que es solo hay uno triple con una entrada única  que hay que conectar a la linea de corriente y tres salidas y que según pase electricidad por las diferentes patas luce, rojo, verde o azul. En otros proyectos si controlamos las diferentes intensidad de corriente de estas salidas podremos formar diferentes colores teniendo de esta forma un LED que cambia de color, en este caso solo va pasar electricidad por una de las patas. por lo que solo da los tres colores básicos, rojo, verde y azul.

Así pues al LED el llega un cable de entrada que señala V5 que quiere decir que procede de un punto capaz de producir corriente a 5 voltios y que termina, después de pasar la resistencia para reducir el voltaje y la intensidad, en los pines 9 , 10, o 11, que según dejen o no pasar corriente encienden cada uno el LED de acuerdo con lo que le indique la pata por la que sale la electricidad.

Por último está el circuito del zumbador, un circuito muy sencillo, en este caso no hay resistencia, porque el propio zumbador hace de resistencia. Sale del pin 7  que funcionara al contrario que los anteriores como INPUTy acaba en una entrada de tierra GND. Otra cosa que hemos de saber que para que este tipo de zumbador suene, la corriente ha de ser intermitente es decir pasar y no pasar rápidamente, para que el zumbador vibre y su sonido ser mas o menos grave según la velocidad de cambio de la corriente. Habrá que hacerlo a una frecuencia suficiente para que entre entro de la los ruidos audibles. Lo podriamos haber hecho utilizdo un pin PWM (yo hubiera elegido ese sistema por mayor sencillez) , sin embargo el autor ha preferido crear las ondas de pulsaciones por programa (cosa que erenmos tampoco es muy complicado.

Aprovecho par indicar que en Arduino y en Informática en general la misma cosa se puede hacer por múltiples sistemas, un programador es el que hace que la máquina haga lo que se espera que haga, un buen progrmador es el que lo hace de forma más eficiente.

Lado derecho pines analógicos

Como los dos son pin de entrada (INPUT), la salida de la electricidad se saca de un pin marcado como 5V que es como un enchufe, cualquier cosa que este en el cable que sale de ese pin tendrá 5 voltios, como en casa cualquier cosa que se enchufe tiene 220 voltios

.Como indicamos se bifurca el cable para haer dos circuitos. Uno va a parara a una chincheta, el dedo cerrara el circuito hasta la otra chncheta, cerrando el circuito y muere en el pin A0 que es de entrada o OUTPUT, este pin nos dara el voltaje que atrab viesa la piel del interrogado.

En este circuito hay otro ramal que es para garantizar que cuando el circuito esta abierto, o sea no esta puesto el dedo A0 lee 0 voltios. Como ponemos en este ramal una resistencia muy grande de 470 contra nada en el otro, Cuando se pone el dedo y circula corriente toda va por el camino más fácil es decir al pin A0 dende nosotros medimos el voltaje que llega.  Si no pusiéramos una gran resistencia 470 ohmios y uniéramo a tierra este circuito, el cable que queda suelto funcionaría como un condensador y habría corrientes parásita corriendo por le cable, haciendo que la lectura del voltaje del cable suelto fuera errática, Poniendo una gran resistencia y uniendo el cable a tierra, (GND ), garantizamos que la corriente parásita que es muy pequeña,  no circule por el cable porque no es capaz de superar la resistencia que se encuentra y la lectura cuando  está abierto el circuitocerrado el circuito será con seguridad 0 voltios.

Esto es lo que se llama una configuración “pull down” sobre la que si quieren más información pueden encontrarla en el post titulado “Como funciona y se utiliza un pulsador”

Ramal para el control del voltaje.

El circuito de comparación parte igualmente del pin de 5 voltios y lleva a una resistencia variable que puede bifurca la corriente en dos circuitos uno que es la que se aprovecha, que puede tener tener de 0 a 5 voltios, de modo que variando esta resistencia, la lectura efectuada en A1 se equilibre a la lectura obtenida en A0 cuando el interrogado no se le hacen preguntas. La energía sobrante se descarga por el otro ramal en el pin de tierra (puerto GND)

Construcción del circuito 

La materialización de este circuito,  sobre una placa de proyectos (Protoboard) a partir de una tarjeta controladora Arduino UNO o Duemilanove, (que son muy parecidas y compatibles) , es esta fotografía

Arduinino_Realizacion_Mentiras

 

– – – – – – –  ACTUALIZACION – – – – – 

A mi juicio, la salida del LED tricolor deberia terminar en el bus de GND

– – – – – – –  FIN DE LA  ACTUALIZACION – – – – – 

En ella vemos que dos cables que salen mas o menos de en medio de la placa por la parte inferior son los pines de tierra (GMD) y 5 voltios (5V), que con unos cables muy cortitos alimentan las dos pistas horizontales inferiores de la protoboard (buses de voltaje y tierra) que están señaladas como 5V y GMD y que a su vez con otros dos cables alimentan las dos pistas similares en la parte superior de la protoboard de modo que sea fácil suministrar a cualquier componente situado en la protoboard tanto energía a 5V como conexión a tierra. Con ello tenemos fácil acceso tanto a la corrientee como a tierra por ambos lados de la tarjeta de prototipado (protoboard)l

Tarjeta protoboard

La tarjeta Protoboard es muy útil para experimentar, tiene una serie de orificios como si fueran de un enchufe donde se meten las “patas” de los distintos componentes eléctricos y electrónicos. Esos agujeros están conectados interiormente con otros agujeros de forma que conectar dos aparatos sea tan simple como poner una de sus patas en agujeros que internamente estén conectados. Ello permite montar circuitos sin necesidad de soldar ningun elemento lo que da por un lado mucha rapidez al proceso y por otra permite reciclar más fácilmente los componentes utilizaos pues solo es necesario desenchufarlos

 

Loa agujeros están conectados de la siguiente forma:

En cada lado hay dos bandas que recorren toda la protoboard de modo que cualquier cosa que se conecte a ellas quedan conectado entre si se utilizan como enchufe todo a lo largo por una banda marcada con 5V  o en rojo, entra la corriente y por la potra marcada como GMD o en azul se conecta a tierra se denominan normalmente buses de energía y de tierra

El resto de la protoboard tiene muchas pequeñas bandas verticales con 5 agujeros que empiezan al lado de los buses y finalizan en el canal central esta es la zona donde se suelen colocar los componentes “enchufando” sus patas en los agujeros. Para conectar dos aparatos entre si basta que sus ppatas estén en la misma linrea vertica de 5 agujeros o por ejemplo un cable conecta un agujero de la la linea de 5 agujeros donde esta la pata de un aparato con un agujero de la linea donde está lla par¡ta del otro quedando conectados entre si.

Construcción del detector

Arduinino_Realizacion_Mentiras

 

Pines digitales

Del bus de 5V inferior sale también un cable que va a parar a la entrada del diodo multicolor , (circulo con cuatros puntos), y que por sus patas de salida (los diodos solo funcionan en una determinada dirección) conecta con los pines situados en la parte superior. Son los tres pines seguidos el 9 10 y 11 en los que entran sendos cables procedentes de las conexiones verticales que proceden de las tres resistencias de 100 ohmios que saltando la parte central de de la placa protoboard conecta con el diodo multicolor.

Del pin 7 sale un cable que alimenta el zumbador (circulo con dos puntos), situado en el placa protoboard que conecta por el otro lado con el bus que lleva a tierra

Pines analógicos

Queda por explicar los circuitos que acaban en los pines analógicos A0 y A1. Del bus superior 5v sale mas o menos en el centro del dibujo un cable hacia la izquierda que alimenta un extremo de la resistencia variable que tiene un pequeño vástago que permite variar la resistencia la pata central es el cable que lleva la intensidad calibrada al pin analógico A0 de entrada, mientra que el sobrante que sale de la pata situada a la izquierda se lleva al bus GND de tierra.

En el bus superior 5v a la derecha sale un cable que termina en un chincheta. Del otro lado del centro de la protoboard esta la otra chincheta, en estas dos chinchetas habrá de apoyar el el dedo el interrogado para cerrar el circuito. De esta segunda chincheta parten dos cables uno que directamente va al pin analógico A1 que nos dará la condutibilidad del dedo apoyado en las chinchetas y otro cable que va a una gran resistencia que directamente mure en el bus GND que es ella comentada configuración pull down.

Material necesario 

La lista de componentes que necesitamos para construir esta “Maquina de la verdad”, en el caso que sepa mas o menos el precio lo he puesto al lado (de algunos lo desconozco) son:

  • La placa Arduino UNO o Arduino Duemilanove (que son muy similares) Vale unos 30€
  • 3 resistencias de 100 ohmios valen unos 0,20€ cada uno
  • 1 resistencia de 470 ohmios valen unos 0,20€
  • 1 potenciómetro de 1000 ohmios
  • 1 LED tricolor
  • 1 Zumbador piezoelectrico sin circuito oscilador
  • 14 cables de conexión
  • 1 placa protoboard  vale unos 7€

Consideraciones sobre el material

Si no piensas volver a trabajar con la placa de Arduino, lo adecuado es ir a una tienda de material electromecánico y comprar el material im prescindible y por tanto hacerlo en una tienda de electrónica, pues ahí te venden por ejemplo las resistencias de una en una, pero si piensas seguir experimentando, quizá te interese compra por Internet pues el proveedor Diler Expres dx.com tiene unos precios muy competitivos, el problema es que, a parte de tardar unos 10 días en el envío, de cada referencia te hace comprar un valor mínimo de unos 5$ pues no te va a mandar desde China una resistencia que solo val 0,10 cent. Caro esta que si vas a seguir haciendo cosas no te vendrá mal que te venda un combinado de 50 resistencias a 5$, pero me dirás si no vas a trabajar nunca mas con ellas para que quieres las 46 resistencias que te sobran.

En tiendas todo lo que indico vale unos 60 euros siendo lo mas caro la tarjeta Arduino que vale mas o menos la mitad. Yo solo conozco direcciones de tiendas de componentes en Madrid, lo cual no quiere decir que no las haya en cualquier ciudad mediana de España, doy las señas de las que conozco. Son y las pongo por orden de preferencia

  • Electrónica Embajadores situada en la Calle Embajadores, 138 Teléfono: 91 473 74 82
  • Conectrol situada en la Calle Jorge Juan 57 y 58 Teléfono 91 578 10 34

Embajadores tiene mejor cartel entre los aficionado que Conectrol pero los precios son muy similares, yo compro mucho en Conectrol, sobre todo cundo tengo una urgencia y no es cosa de esperar 10 días, pero la razón principal es que tengo un autobús directo de mi casa a la tienda y para ira Embajadores tengo que atravesar madrid de punta a puntaa. Desgraciadamente ninguno de los tres sitios indicados me da comisión , lo cual creanlo Vds, me fastidia.

Sobre los cables de conexión digo lo mismo si solo vais a hacer este modelo, con comprar uno o dos  metros de cable de un solo hilo, os sobra para cortarlo y hacer 14 trozos, pero si seguís con la afición, aconsejo compra unos conectores hechos que venden en mazos de unos 20 can bles de diversos colores, el uso de diversos colores facilita el identificar cada uno de los circuitos y son mas cómodos de utilizar les hay macho-macho, macho-hembra y hembra hembra, si podeis comprar un lote que tenga varios colores y de los tres tipos de cables.

Como esto queda un poco largo paro aquí y otro día os explico el software, o sea el sketch (programa de Arduino ) que hay que escribir, que es muy pero muy sencillito y fácil de entender por cualquiera..

Continuará (pronto, ir comprando el material)

Félix Maocho

 

 

 

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7 junio 2014 - Posted by | Robotica | , ,

1 comentario »

  1. “…detector de mentiras…” vamos que cosas asi podia venir en las revistas Elektor y similares del 61, sino fuera porque entonces las publicaciones electronicas eran cosa seria … en fin … que pena que pena, penoso

    Comentario por Garepubaro | 10 junio 2014 | Responder


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