Un sensor es un dispositivo que responde a una magnitud física y la convierte en una señal utilizable. Permite que un circuito mida luz, temperatura, presión, posición y muchas otras variables.
Sin embargo, hay quien cree que un sensor es una “máquina de la verdad”. Creen que si el sensor dice “25.0ºC”, es que hace exactamente 25.0ºC. Falso. Un sensor no te da la verdad absoluta, te entrega una estimación contaminada por ruido, retardos y errores físicos.
Vamos a ver qué pasa realmente cuando hacemos una lectura analógica.
¿Qué es un sensor?
En puridad técnica, lo que usamos son transductores. Un transductor es un dispositivo que convierte un tipo de energía en otro. En nuestro caso, transforma una magnitud física (luz, calor, presión, sonido) en una magnitud eléctrica (voltaje, resistencia, capacidad).
- Físico: Un fotón golpea una placa (luz).
- Químico/Mecánico: Ese golpe libera electrones (efecto fotoeléctrico).
- Eléctrico: La resistencia del material baja.
- Dato: El microcontrolador lee esa bajada de resistencia como un voltaje.
Tipos de salida: analógica o digital
Esta es la primera gran división que te encuentras al elegir componente.
Sensores con salida analógica. Son los más “puros”. La salida es un voltaje que varía continuamente (de 0V a 5V) proporcionalmente a lo que miden.
- Ejemplos: LDR (Luz), NTC (Temperatura), Potenciómetro (Posición), LM35.
- El problema: El microcontrolador no entiende voltajes continuos. Necesita un ADC (Convertidor Analógico-Digital) para traducir ese voltaje a un número (ej. de 0 a 1023).
- Ventaja: Resolución infinita (teóricamente) y respuesta instantánea.
Son módulos inteligentes. Dentro tienen el sensor analógico, un amplificador y su propio pequeño microchip que hace la conversión ADC.
- Ejemplos: DHT11, DS18B20, Sensores I2C/SPI.
- Funcionamiento: Tú no lees un voltaje. Tú le preguntas por protocolo: “¿Qué temperatura hace?” y él te responde con unos y ceros: “00101101”.
- Ventaja: Son inmunes al ruido en el cable (un 1 es un 1).
- Desventaja: Son más lentos (tienen que procesar) y más caros.
Los enemigos de la medición
En esta parte es donde suelen fallar los proyectos reales.
Nunca tendrás una señal limpia. Si mides una batería de 3V con un osciloscopio, verás que la línea no es recta, tiembla. Hay “hierba” eléctrica. Ese ruido viene de:
- La fuente de alimentación conmutada.
- Motores cercanos arrancando.
- Ondas de radio (EMI) que se cuelan por los cables como si fueran antenas.
Efecto: Tu sensor de distancia dice: 10cm, 10cm, 150cm, 10cm. Ese “150” es un pico de ruido.
La física no es instantánea.
Si sacas un sensor de temperatura de la nevera (5ºC) y lo metes en agua hirviendo (100ºC), no marcará 100ºC al instante.
El calor tiene que atravesar el plástico, la pasta térmica, el metal y llegar al chip.
Esto se caracteriza mediante una constante de tiempo (
- Si tu sistema de control reacciona demasiado rápido a un sensor lento, tendrás oscilaciones.
- Resolución: Es el cambio más pequeño que puedes detectar. (Ej: Mi regla mide de milímetro en milímetro).
- Sensibilidad: Cuánto cambia el voltaje por cada unidad física. (Ej: 10 milivoltios por cada grado centígrado). Si usas un sensor con poca sensibilidad en un ADC malo, verás que la temperatura salta a escalones: 20.0, 20.5, 21.0… (no puedes ver el 20.3).
No son lo mismo.
- Exactitud (Accuracy): Qué tan cerca estás del valor real. (Si hace 20ºC, el sensor dice 20.1ºC).
- Precisión (Precision): Qué tanto se repite el valor. (Si mides 10 veces, ¿te da siempre el mismo número o varía mucho?).
Un sensor puede ser muy preciso pero poco exacto (siempre marca 22ºC cuando hace 20ºC → tiene un “Offset” o error sistemático). Esto se arregla calibrando.
Acondicionamiento de señal
Como la señal cruda es mala, tenemos que procesarla.
Si tienes mucho ruido eléctrico, pones un condensador (ej. 100nF) entre la señal y GND, lo más cerca posible del sensor. El condensador se “come” los picos rápidos de voltaje (ruido de alta frecuencia) y deja pasar la señal lenta (la temperatura). Es un filtro paso bajo físico.
Una vez tienes los datos en el código, nunca te fíes de una sola lectura. Usamos técnicas matemáticas:
- Media (Average): Tomas 10 medidas y haces la media. Elimina ruido aleatorio.
- Mediana: Ordenas las 10 medidas y coges la del centro. Es ideal para eliminar picos locos (outliers).
- Filtro Exponencial (EMA):
Valor = (Valor_Nuevo * 0.1) + (Valor_Anterior * 0.9). Le das “peso” a la historia pasada para suavizar la gráfica.
La linealidad y la calibración
Ojalá todos los sensores fueran lineales (como una regla de tres: doble de luz = doble voltaje). La mayoría NO lo son.
- Un termistor NTC tiene una curva logarítmica compleja (Ecuación de Steinhart-Hart).
- Muchos sensores baratos se saturan en los extremos.
Calibración: A veces el sensor viene mal de fábrica. Para proyectos serios, debes comparar tu sensor barato con un “Patrón” (un termómetro profesional) y ajustar la fórmula en tu código:
