Un material piezoeléctrico es aquel que cuando se someten a tensiones mecánicas obtienen una polarización eléctrica, apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie, es decir, cuando existe una deformación.
Lo interesante de la piezoelectricidad es que es parecida al afecto electromagnético, por ejemplo, al inducir corriente eléctrica se genera un campo electromagnético y al inducir un campo electromagnético se genera corriente eléctrica, con los materiales piezoeléctricos sucede algo similar, al someterlos a fuerzas externas se induce la diferencia de potencial y al someterlos a diferencias de potencial, se producen tensiones internas que deforman el material y al parar la inducción de la diferencia de potencial recupera su forma original.
Entre algunos materiales piezoeléctricos destacan:
- Cuarzo
- Turmalina
- Tantalato de litio
- Nitrato de litio
- Berlinilita
- Cerámicas
Entre los usos de los materiales piezoeléctricos se puede listar:
- Para medir deformaciones en materiales o elementos cargados; debido a su naturaleza de tener una gran sensibilidad a la generación de diferencia de potencial eléctrico por cargas relativamente bajas.
- Una variación del punto antes descrito es que pueden usarse como sensores de vibración junto con un amplificador de señal.
- Generación de electricidad; con placas piezoeléctricas puestas en el suelo y por el solo hecho de caminar sobre ellas se puede generar electricidad suficiente para abastecer algunas necesidades. Un ejemplo de este punto es el aplicado en la estación de metro de Tokio en donde usan losas piezoeléctricas.
- Micrófonos piezoeléctricos; captan ondas sonaras y generan señales eléctricas; de igual forma, generando la diferencia de potencial adecuada y con ciertos dispositivos (piezo buzzer) se pueden generan sonidos.
21.1 Objetivo General:
Entender el concepto y uso de los materiales piezoeléctricos. Generar sonidos a través de la adaptación y montaje de una tarjeta arduino y un piezo buzzer.
21.2 Materiales y Métodos:
- Un cable USB impresora.
- Un computador.
- Cables para el montaje del circuito.
- Una tarjeta Arduino Uno-R3 o Arduino Mega 2560.
- Un piezo buzzer.
21.3 Montaje de la práctica
Antes de comenzar el montaje del circuito, se proyecta su montaje en el programa Fritzing. Este montaje es bastante simple; solo se debe conectar las terminales de los cables del piezo buzzer (pieza circular) con la tarjeta arduino. El terminal negro en la entrada “GND” y el termianl rojo en la entrada “-9”.
21.3.1 El piezo buzzer
El corazón de los buzzer piezoeléctricos es un simple disco piezo que consiste de una placa cerámica con una capa metálica. Si el disco es controlado por un circuito oscilante externo se habla de un transductor piezoeléctrico. Si el circuito oscilador está incluido en la carcasa se lo denomina zumbador piezoeléctrico. La ventaja de este montaje sencillo es su robustez y su fabricación económica. Los generadores de sonidos piezoeléctricos son aptos para el diseño de alarmas y controles acústicos de estrecho rango de frecuencia, por ejemplo en aparatos domésticos y de medicina (Extraído de Revista Tecnura, Julio 2012; César Alexander Chacón. Bogotá, Colombia).
21.4 Comando tone()
Genera una onda cuadrada de la frecuencia especificada (y un ciclo de trabajo del 50%) en un pin. Se puede especificar una duración; de lo contrario, la ola continúa hasta una llamada a noTone (). El pin se puede conectar a un piezo buzzer u otro altavoz para reproducir sonidos.
Solo se puede generar un tono a la vez. Si ya se está reproduciendo un tono en un pin diferente, la llamada al tono () no tendrá ningún efecto. Si el tono se reproduce en el mismo pin, la llamada establecerá su frecuencia.
El uso de la función tone () interferirá con la salida PWM en los pines 3 y 11 (en placas que no sean Mega).
No es posible generar sonidos inferiores a 31Hz.
Lenguajetono (pin, frecuencia)
tono (pin, frecuencia, duración)
Parámetros
pin: el pin de Arduino en el que se generará el tono.
frecuencia: la frecuencia del tono en hercios.
Tipos de datos permitidos: unsigned int.
Duración: la duración del tono en milisegundos (opcional).
Tipos de datos permitidos: unsigned long.
Devoluciones
Ninguna
Notas y advertencias
Si desea reproducir diferentes tonos en varios pines, debe llamar a noTone () en un pin antes de llamar a tone () en el siguiente pin.
Hacer clic al vínvulo para ver la fuente original del comando tone()
21.5 Codificación de la práctica
//
int pizoElectro=9;
long pulso;;
int i;
void setup()
{
pinMode(pizoElectro, OUTPUT);
}
void setup()
{ pulso=500;
//subo
tone(pizoElectro, 1000,2000);
delay(pulso);
noTone(pizoElectro);
delay(pulso);
}
}21.6 Conclusión
A través de esta práctica se logró conocer el concepto, usos y aplicaciones de los materiales piezoeléctricos así como algunos ejemplos de ellos. Se logró introducir y entender al Piezo buzzer y el nuevo comando tone(). Junto con el montaje del circuito y el código de la práctica se pudo generar sonidos a través del Piezo Buzzer. Se puede visualizar de manera más dinámica la realización de la práctica a través del enlace de TinkerCAD suministrado arriba.