Micro Tutorial: Fotoresistencia

Introducción

Recuerdo una clase en la que un estudiante me preguntó cómo se podría hacer que un LED se encendiera automáticamente al oscurecerse. Esa pregunta me llevó a hablar sobre las fotoresistencias, componentes simples pero fascinantes que permiten detectar cambios en la luz. En este tutorial, exploraremos cómo funcionan y cómo puedes utilizarlas en tus proyectos, desde sistemas de iluminación hasta aplicaciones más complejas en automatización y robótica.

Las fotoresistencias, también conocidas como LDR (Light Dependent Resistor), son dispositivos que cambian su resistencia eléctrica en función de la cantidad de luz que reciben. Este principio de funcionamiento se basa en la fotoconductividad, que es la propiedad de ciertos materiales de conducir mejor la electricidad cuando son iluminados. A lo largo de este micro-tutorial, profundizaremos en su funcionamiento, aplicaciones, y te guiaré en un caso práctico que te permitirá implementar una fotoresistencia en un proyecto real.

Para qué se usa y cómo funciona

Las fotoresistencias tienen una amplia gama de aplicaciones en la electrónica moderna, y su uso se extiende a muchos campos. A continuación, exploraremos algunas de las aplicaciones más comunes y el principio de funcionamiento detrás de estas.

Aplicaciones Comunes

Las aplicaciones de las fotoresistencias son numerosas y variadas. Se utilizan en:

• Luces Automáticas: En sistemas de iluminación exterior, las fotoresistencias permiten que las luces se enciendan automáticamente al oscurecerse, como en farolas. Esto no solo ahorra energía, sino que también mejora la seguridad en áreas públicas. Por ejemplo, en un parque, las luces pueden encenderse automáticamente al caer la noche, proporcionando visibilidad y seguridad a los visitantes.

• Dispositivos de Seguridad: En sistemas de alarma, se pueden usar para detectar cambios en la luz, como cuando alguien entra en un área iluminada. Esto permite activar alarmas o cámaras de seguridad de manera instantánea. Imagina una tienda que utiliza fotoresistencias para encender luces de seguridad cuando alguien entra, lo que puede disuadir a posibles ladrones.

• Sistemas de Control de Ventilación: En edificios inteligentes, se pueden usar para ajustar la ventilación en función de la luz solar. Esto contribuye a un uso más eficiente de la energía y mejora el confort de los ocupantes. Por ejemplo, en un invernadero, se pueden utilizar fotoresistencias para abrir o cerrar ventiladores en función de la luz solar, manteniendo una temperatura óptima para las plantas.

• Cámaras Automáticas: Se utilizan en cámaras para ajustar la apertura y la exposición en función de la luz ambiental, garantizando que las imágenes capturadas tengan la mejor calidad posible. En este caso, el sensor de luz ayuda a la cámara a decidir cuánta luz dejar entrar, evitando imágenes sobreexpuestas o subexpuestas.

Funcionamiento

El funcionamiento básico de una fotoresistencia se puede entender a través de un circuito simple que incluye una fuente de alimentación, una resistencia y la propia fotoresistencia. Este circuito se configura de tal manera que se puede medir la caída de tensión a través de la fotoresistencia.

1. Circuito Básico: En un circuito simple, conecta la fotoresistencia en serie con una resistencia fija. La fotoresistencia tiene un valor de resistencia que varía con la luz. Cuando la luz incide sobre la fotoresistencia, su resistencia disminuye, lo que provoca un aumento del voltaje en la parte de la resistencia fija. Esto permite que se pueda medir el cambio de resistencia. Por ejemplo, si la fotoresistencia está expuesta a una luz brillante, su resistencia puede caer a 1 kΩ, mientras que en la oscuridad puede aumentar a 10 MΩ.

2. Medición de Luz: Usando un microcontrolador, como un Arduino, puedes leer el voltaje a través de la resistencia fija. Cuanto más brillante sea la luz, menor será la resistencia de la fotoresistencia, aumentando así el voltaje medido. Esto te permitirá programar respuestas basadas en la cantidad de luz detectada. Por ejemplo, si el voltaje medido está por encima de un cierto umbral, puedes decidir encender un LED.

3. Calibración: Es importante calibrar el sistema para que funcione correctamente en el rango de luz esperado. Puedes hacerlo probando diferentes niveles de luz y ajustando los parámetros de tu microcontrolador o circuito para que respondan adecuadamente. Por ejemplo, si deseas que el LED se encienda a una luz específica, deberás ajustar el código y la configuración del hardware para que se activen en el momento correcto. La calibración es crucial para asegurar que el sistema responda de manera precisa a los cambios en la luz.

Ventajas y Desventajas

Las fotoresistencias tienen varias ventajas, como su bajo costo y simplicidad. Sin embargo, también presentan desventajas. Por ejemplo, la respuesta de las fotoresistencias puede ser lenta y, en algunos casos, son menos precisas comparadas con otros sensores de luz, como los fotodiodos. Además, están sujetas a variaciones en la temperatura, lo que puede afectar su rendimiento.

• Ventajas:
• Bajo costo y fácil de conseguir.
• Simplicidad en el diseño de circuitos.

• Versatilidad en aplicaciones.

• Desventajas:

• Respuesta lenta a cambios bruscos de luz.
• Menor precisión en comparación con otros sensores.
• Sensibilidad a la temperatura y condiciones ambientales.

Es fundamental considerar tanto las ventajas como las desventajas al seleccionar una fotoresistencia para un proyecto. En aplicaciones donde se requiere una respuesta rápida o alta precisión, puede ser más adecuado optar por sensores alternativos.

Parámetros clave

Estos parámetros son esenciales para comprender el comportamiento de las fotoresistencias en diferentes condiciones de luz y en diversos circuitos. Conocer estos valores te permitirá seleccionar la fotoresistencia adecuada para tu proyecto y diseñar circuitos más eficientes. Además, entender estos parámetros puede ayudarte a anticipar cómo se comportará tu circuito en diversas condiciones ambientales, lo que es crucial para el éxito de cualquier proyecto electrónico.

Caso práctico real: Control de LED con fotoresistencia en un entorno de automatización

Propósito: Controlar un LED con una fotoresistencia para encenderlo en condiciones de baja luz, verificando la caída de tensión en la fotoresistencia.

Tiempo estimado: 30 minutos.

Materiales

• 1 × Fotoresistencia — Sensor de luz variable.
• 1 × Resistencia de 10 kΩ — Para limitar la corriente.
• 1 × LED — Fuente de luz a controlar.
• 1 × Transistor NPN (2N3904) — Para amplificar la señal.
• 1 × Arduino Uno — Para el control del proyecto.
• 1 × Placa de pruebas — Para el montaje del circuito.
• 2 × Cables (rojo y negro) — Para conexiones de alimentación.
• 1 × Fuente de alimentación de 5 V — Alimentación del circuito.

Montaje paso a paso

1. Conectar la fotoresistencia: Coloca la fotoresistencia sobre la placa de pruebas. Conecta un extremo a VCC (5 V) y el otro extremo a un pin analógico del Arduino (por ejemplo, A0) y a la resistencia de 10 kΩ que va a tierra.

2. Comprueba: Asegúrate de que la conexión esté firme y correcta. Puedes usar un multímetro para verificar la continuidad.

3. Montar el LED: Conecta el ánodo del LED al pin digital 9 del Arduino. Luego, conecta el cátodo del LED a la base del transistor NPN. También conecta la resistencia de 1 kΩ entre la base del transistor y el pin A0 de la fotoresistencia.

4. Comprueba: Verifica que el LED esté correctamente orientado (ánodo y cátodo). Recuerda que el ánodo es el terminal positivo y el cátodo es el negativo.

5. Conectar el transistor: Conecta el emisor del transistor a tierra y el colector al LED. De esta forma, el transistor actuará como un interruptor controlado por la señal de la fotoresistencia.

6. Comprueba: Asegúrate de que las conexiones del transistor sean correctas. El transistor debe estar orientado adecuadamente para funcionar como interruptor.

7. Programación del Arduino: Escribe un código simple para leer el valor del pin A0 y encender el LED si el valor es menor a un umbral (por ejemplo, 300). Carga el programa en tu Arduino. El código básico podría verse así:

«`cpp
int sensorPin = A0; // Pin donde está la fotoresistencia
int ledPin = 9; // Pin donde está el LED
int sensorValue = 0; // Variable para almacenar el valor del sensor

void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT); // Configura el pin del LED como salida
Serial.begin(9600); // Inicia la comunicación serial
}

void loop() {
sensorValue = analogRead(sensorPin); // Lee el valor de la fotoresistencia
Serial.println(sensorValue); // Imprime el valor en el monitor serial

   if (sensorValue < 300) { // Umbral de luz
       digitalWrite(ledPin, HIGH); // Enciende el LED
   } else {
       digitalWrite(ledPin, LOW); // Apaga el LED
   }
   delay(100); // Espera un poco antes de la siguiente lectura

}
«`

• Comprueba: Asegúrate de que el código se cargue sin errores. Utiliza el monitor serial para verificar que los valores leídos son los esperados.

• Testeo del sistema: Una vez que todo esté conectado, prueba el sistema cubriendo la fotoresistencia para simular la falta de luz. El LED debería encenderse al bajar la luminosidad.

• Comprueba: Verifica que el LED se encienda efectivamente al cubrir la fotoresistencia. Puedes ajustar el umbral en el código si es necesario.

Prueba y validación

1. Validar el encendido del LED: Repite el paso de cubrir la fotoresistencia y asegúrate de que el LED se encienda consistentemente en condiciones de baja luz.
2. Comprueba: Cambia la intensidad de luz y verifica que el LED se apague al aumentar la luminosidad. Esto te permitirá confirmar que el sistema responde adecuadamente a los cambios en la luz ambiental.

Amplía el proyecto

• Añade un sensor de temperatura para controlar el encendido según condiciones ambientales. Esto puede ayudar a optimizar el uso de energía en función de la temperatura y la luz.

• Implementa un módulo Wi-Fi (como ESP8266) para monitorear el estado del LED a distancia. Esto te permitirá recibir notificaciones en tu teléfono o computadora cuando se active el LED.

• Crea un sistema de alarma que se active si la luz ambiental cambia repentinamente. Esto puede ser útil en aplicaciones de seguridad, como detectar intrusos en un área.

• Integra un display LCD para mostrar el nivel de luz en tiempo real. Esto puede ser útil para monitorear las condiciones ambientales sin necesidad de un ordenador, permitiendo una visualización directa de los datos.

Seguridad

• Asegúrate de trabajar en un área seca al manipular componentes eléctricos. La humedad puede causar cortocircuitos y dañar los componentes.

• Evita sobrecargar componentes; revisa las especificaciones de cada uno. Utiliza resistencias adecuadas para proteger el LED y el transistor.

• Desconecta la alimentación antes de hacer cambios en el circuito. Esto previene descargas eléctricas y daños en los componentes.

• Usa herramientas adecuadas y mantén tu espacio de trabajo ordenado. Esto te ayudará a trabajar de manera más eficiente y segura.

Errores comunes y cómo evitarlos

• Conexiones sueltas: Verifica que todas las conexiones estén firmes y bien hechas. Un mal contacto puede causar que el circuito no funcione como se espera.

• Código incorrecto: Asegúrate de que el código esté bien escrito y cargado en el Arduino. Utiliza el monitor serial para depurar y verificar que los valores leídos son correctos.

• LED no enciende: Revisa la polaridad del LED y la conexión del transistor. Asegúrate de que el LED esté orientado correctamente y que el transistor esté funcionando.

• Fotoresistencia mal calibrada: Ajusta el umbral de luz en el código según sea necesario. Si el LED no se enciende o apaga en el momento esperado, revisa el valor del umbral en el código.

Conclusión

Las fotoresistencias son componentes versátiles que te permiten crear proyectos interesantes y útiles en el ámbito de la automatización. Con el conocimiento adecuado y un poco de práctica, puedes incorporarlas en múltiples aplicaciones. Te animo a experimentar con este tipo de sensores y descubrir cómo pueden mejorar tus proyectos. ¡Manos a la obra! Más información en prometeo.blog

Lecturas de terceros

• Programando Arduino [sesión 7]: Manejo de la fotoresistencia
• Aprende a programar con Arduino IDE- Fotoresistencia
• Sistema de iluminación nocturna con fotorresistencia – Prácticas con Arduino y DASA