Los acelerómetros y los giroscopios son cada vez más populares en la electrónica de consumo, ¡así que tal vez sea el momento de añadirlos a tu proyecto! Al desplazarse por la categoría de sensores de SparkFun se encuentra una enorme lista de estos sensores que podrían ser perfectos para tu próximo proyecto, si sólo supieras lo que hacen, y cuál es el que mejor se adapta a tu proyecto. El objetivo de esta guía de compra es conseguir que hables el mismo idioma que las hojas de datos de estos sensores y ayudarte a seleccionar el que mejor se adapte a tus necesidades.

Acelerómetros

¿Qué mide un acelerómetro? Bueno, la aceleración. Ya sabes… lo rápido que algo se acelera o desacelera. Verás que la aceleración se muestra en unidades de metros por segundo al cuadrado (m/s2), o en fuerza G (g), que es aproximadamente 9,8m/s2 (el valor exacto depende de tu elevación y de la masa del planeta en el que te encuentres).

Los acelerómetros se utilizan para detectar tanto la aceleración estática (por ejemplo, la gravedad) como la dinámica (por ejemplo, arranques y paradas repentinas). Una de las aplicaciones más utilizadas de los acelerómetros es la detección de la inclinación. Como se ven afectados por la aceleración de la gravedad, un acelerómetro puede decir cómo está orientado con respecto a la superficie de la Tierra. Por ejemplo, el iPhone de Apple tiene un acelerómetro que le permite saber si se sostiene en modo vertical u horizontal. El acelerómetro también puede utilizarse para detectar el movimiento. Por ejemplo, el acelerómetro del WiiMote de Nintendo puede utilizarse para emular los golpes de derecha y de revés de una raqueta de tenis, o los giros de una bola de bolos. Por último, un acelerómetro también puede utilizarse para detectar si un dispositivo está en estado de caída libre. Esta función está implementada en varios discos duros: si se detecta una caída, el disco duro se apaga rápidamente para protegerlo contra la pérdida de datos.

Ahora que sabe lo que hacen, consideremos qué características debe buscar al seleccionar su acelerómetro:

• Rango: los límites superior e inferior de lo que el acelerómetro puede medir también se conocen como su rango. En la mayoría de los casos, un rango de escala completa más pequeño significa una salida más sensible; por lo que puede obtener una lectura más precisa de un acelerómetro con un rango de escala completa bajo.
  Desea seleccionar un rango de detección que se adapte mejor a su proyecto, si su proyecto sólo será sometido a aceleraciones entre +2g y -2g, un acelerómetro con un rango de ±250g no le dará mucha, o ninguna, precisión.
  Tenemos un buen surtido de acelerómetros, con rangos máximos que van desde ±1g hasta ±250g. La mayoría de nuestros acelerómetros se ajustan a un rango máximo/mínimo, sin embargo algunos de los acelerómetros más sofisticados cuentan con rangos seleccionables.
• Interfaz – Esta es otra de las especificaciones más importantes. Los acelerómetros tendrán una interfaz analógica, modulada por ancho de pulso (PWM) o digital.
  • Los acelerómetros con una salida analógica producirán un voltaje que es directamente proporcional a la aceleración detectada. A 0g, la salida analógica suele estar en la mitad de la tensión suministrada (por ejemplo, 1,65V para un sensor de 3,3V). Generalmente esta interfaz es la más fácil de trabajar, ya que los convertidores analógico-digitales (ADC) están implementados en la mayoría de los microcontroladores.
  • Los acelerómetros con una interfaz PWM producirán una onda cuadrada con una frecuencia fija, pero el ciclo de trabajo del pulso variará con la aceleración detectada. Son bastante raros; sólo tenemos uno en nuestro catálogo.
  • Los acelerómetros digitales suelen tener una interfaz en serie, ya sea SPI o I²C. Dependiendo de tu experiencia, estos pueden ser los más difíciles de integrar con tu microcontrolador. Dicho esto, los acelerómetros digitales son populares porque suelen tener más características y son menos susceptibles al ruido que sus homólogos analógicos.
• Número de ejes medidos – Este es muy sencillo: de los tres ejes posibles (x, y y z), ¿cuántos puede detectar el acelerómetro? Los acelerómetros de tres ejes suelen ser el camino a seguir; son los más comunes y realmente no son más caros que los acelerómetros de uno o dos ejes con una sensibilidad equivalente.
• Uso de la energía – Si su proyecto se alimenta con baterías, es posible que desee considerar cuánta energía consumirá el acelerómetro. El consumo de corriente necesario suele estar en el rango de los 100s de µA. Algunos sensores también cuentan con la función de suspensión para conservar la energía cuando el acelerómetro no es necesario.
• Características adicionales – Muchos acelerómetros desarrollados recientemente pueden tener algunas características ingeniosas, más allá de la producción de datos de aceleración. Estos acelerómetros más recientes pueden incluir características como rangos de medición seleccionables, control de reposo, detección de 0-g y detección de golpes.

Giros

Los giroscopios miden la velocidad angular, lo rápido que algo está girando sobre un eje. Si estás tratando de controlar la orientación de un objeto en movimiento, un acelerómetro puede no darte suficiente información para saber exactamente cómo está orientado. A diferencia de los acelerómetros, los giroscopios no se ven afectados por la gravedad, por lo que son un gran complemento. Normalmente verá la velocidad angular representada en unidades de rotaciones por minuto (RPM), o grados por segundo (°/s). Los tres ejes de rotación se denominan x, y y z, o bien balanceo, cabeceo y guiñada.

En el pasado, los giroscopios se han utilizado para la navegación espacial, el control de misiles, el guiado bajo el agua y el guiado de vuelo. Ahora están empezando a utilizarse junto con los acelerómetros para aplicaciones como la captura de movimiento y la navegación de vehículos.
Mucho de lo que se tuvo en cuenta al seleccionar un acelerómetro sigue aplicándose a la selección del giroscopio perfecto:

• Alcance: asegúrese de que la velocidad angular máxima que espera medir no supere el alcance máximo del giroscopio. Pero también, para obtener la mejor sensibilidad posible, asegúrese de que el alcance de su giroscopio no es mucho mayor de lo que espera.
• Interfaz – En realidad no hay mucha diversidad en esta sección, el 95% de los giroscopios que tenemos tienen una salida *analógica*. Hay algunos que tienen una interfaz digital – ya sea SPI o I2C.
• Número de ejes medidos – En comparación con los acelerómetros, los giroscopios están un poco detrás de la curva. Sólo recientemente han empezado a aparecer en el mercado giroscopios baratos de 3 ejes. La mayoría de nuestros giroscopios son de 1 o 2 ejes. Al seleccionarlos, debe prestar atención a cuál de los tres ejes medirá el giroscopio; por ejemplo, algunos giroscopios de dos ejes medirán el cabeceo y el balanceo, mientras que otros miden el cabeceo y la guiñada.
• Consumo de energía – Si su proyecto se alimenta con baterías, es posible que desee considerar cuánta energía consumirá el giroscopio. El consumo de corriente necesario suele estar en el rango de los 100s de µA. Algunos sensores también cuentan con la función de reposo para conservar la energía cuando el giroscopio no es necesario.
• Características adicionales – No hay mucho en esta sección que le vaya a sorprender. Muchos giroscopios cuentan con una salida de temperatura, que es muy útil para compensar la deriva.

IMUs

Los giroscopios y acelerómetros son geniales, pero por sí solos no dan suficiente información para poder calcular cómodamente cosas como la orientación, la posición y la velocidad. Para medir esas y otras variables, mucha gente combina los dos sensores para crear una unidad de medición inercial (IMU) que proporciona de dos a seis grados de libertad (DOF). Las IMU se utilizan ampliamente en dispositivos que requieren conocer su posición exacta, por ejemplo, brazos robóticos, misiles guiados y herramientas utilizadas en el estudio del movimiento del cuerpo.

Las IMU de SparkFun se pueden dividir realmente en dos clases: placas combinadas de IMU simples, que sólo montan un acelerómetro y un giroscopio en una sola PCB, y unidades más complejas que interconectan un microcontrolador con los sensores para producir una salida en serie. Si has echado un vistazo a las secciones anteriores, deberías saber qué tipo de especificaciones hay que buscar en las IMU: el número de ejes (tanto para el acelerómetro como para el giroscopio), el rango de medición de los sensores y la interfaz.

Glosario de términos

Rango: El rango de valores que un dispositivo es capaz de medir es un factor importante a la hora de decidir cuál es el apropiado para su proyecto. Evidentemente, un acelerómetro de 24 g no le servirá de mucho para seguir el movimiento del cuerpo, a no ser que pretenda ser lanzado al espacio por el mayor tirachinas del mundo. Del mismo modo, si tu acelerómetro alcanza un máximo de 1g, no obtendrás muchos datos útiles, por ejemplo, en el lanzamiento de un cohete. El alcance de un acelerómetro se mide en fuerzas g, o múltiplos de la aceleración debida a la gravedad en la Tierra. El alcance de un giroscopio, que mide la aceleración rotacional, se da en grados de rotación por segundo.

Interfaz: El método por el que se envían y reciben datos entre un controlador y un dispositivo se llama interfaz. Hay varios estándares disponibles y cada uno tiene sus ventajas y desventajas. Las señales analógicas son fáciles de leer y pueden ser medidas por la mayoría de los microcontroladores con muy poco código. La comunicación en serie en este caso se refiere a UART y requiere un poco más de sobrecarga de procesamiento, pero es capaz de llevar más información que las señales analógicas, Serial o I2C son comunes en situaciones en las que varios ejes deben ser leídos a un controlador. I2C es una interfaz serial de dos hilos que permite que varios dispositivos compartan un bus y se comuniquen entre sí, también es una capacidad muy común entre los microcontroladores.

Ejes: Se refiere al número de direcciones en las que se puede medir la aceleración. Los acelerómetros miden la aceleración a lo largo de los ejes especificados mientras que los giroscopios miden la aceleración sobre los ejes.

Requerimientos de energía: Esto representa la cantidad de energía que el dispositivo consumirá típicamente durante el funcionamiento, su sistema debe ser capaz de abastecerse de al menos esta cantidad de corriente y algo más para evitar un comportamiento errático o condiciones de caída de tensión. Muchos dispositivos también tienen modos de bajo consumo o de ahorro de energía en los que consumen mucho menos. También hemos enumerado la tensión nominal del dispositivo para su comodidad.

Características adicionales: Cada fabricante de dispositivos tiene sus propias ideas sobre las «campanas y silbatos» que deberían añadirse a un giroscopio o a un acelerómetro. En esta columna se enumeran esas características adicionales que distinguen a cada dispositivo del resto.