Chisme 136: el olfato del Lince, sensor de alcohol con ESP32

Aquella noche, en Sierra Bermeja, el Lince de la Noche olisqueaba el aire con cara de gran detective.

—Huele a algo raro —dijo Víctor Vílchez—. No sé a qué. Pero huele.

—Lince, eso te lo dice la nariz —respondió la Gata Montesa—. Y la nariz no tiene unidades ni se puede guardar en una gráfica.

—Pues a mí me hace mucha falta un olfato que avise cuando algo cambie en el aire. Humo, un disolvente, un frasco abierto…

—Entonces necesitas un sensor que huela por ti. Y tengo uno en el cajón que te va a gustar.

Sacó un módulo con un cilindro metálico en el centro y cuatro pines.

—¡Un alcoholímetro! —exclamó el Lince, y se acercó a soplarle.

—¡Quieto! —La Gata le apartó la cara—. Eso no es un alcoholímetro. Es un olfato, no un juez. Y, por cierto, antes de oler necesita calentarse. Vamos a hacer un sensor de alcohol.

Introducción: sensor de alcohol

En este chisme 136 vas a construir el olfato del Lince: un detector de vapores con un módulo sensor de alcohol y la ESP32 Plus. Vas a leerlo de dos maneras, con su salida digital y con su salida analógica, y vas a encender un LED cuando detecte algo.

Este módulo tiene cuatro pines (G, V, D0 y A0), y eso lo hace perfecto para repasar la diferencia entre digital y analógico que viste en el chisme del sensor Hall. Ahora tienes las dos salidas a la vez en el mismo módulo. Antes de montarlo, practica en el simulador del sensor de alcohol, que tiene un modo demostración para verlo todo hecho.

Cómo funciona un sensor de alcohol

El cilindro metálico del módulo es un sensor de gas de tipo semiconductor. Dentro hay un pequeño calentador y una capa de material cuya resistencia eléctrica cambia cuando en el aire hay ciertos vapores. Si hay más vapor, la resistencia baja y el módulo da una tensión mayor.

Dos consecuencias importantes:

• Necesita calentarse. Hasta que el calentador alcanza su temperatura, las lecturas son altas y bailan. Tienes que esperar uno o dos minutos (los fabricantes recomiendan más en el primer uso) antes de fiarte de la medida.
• Reacciona a muchos vapores. Responde al alcohol, pero también a disolventes, humo, algunos productos de limpieza y otros gases. Sabes que algo cambió, no qué es.

Por eso no es un alcoholímetro. Un alcoholímetro de verdad está calibrado, es específico para el alcohol del aliento y está sometido a controles. Este módulo es un detector de vapores de aula: sirve para aprender, no para medir a una persona ni para tomar decisiones sobre conducir. Si quieres saber más sobre cómo funciona uno de verdad, lo cuenta la Wikipedia en alcoholímetro.

Dos salidas, una misma señal

El módulo tiene las dos salidas que ya conoces:

• A0 (analógica): da una tensión que sube con la cantidad de vapor. La ESP32 la convierte en un número de 0 a 4095. Responde a «¿cuánto?».
• D0 (digital): da 0 o 1. Dentro del módulo hay un comparador (el chip «393») y un potenciómetro: el módulo compara A0 con el umbral que marca el potenciómetro. Responde a «¿hay o no hay?».

D0 no es una medida distinta de A0: es A0 comparada con un umbral. Girando el potenciómetro decides cuánto vapor hace falta para que D0 pase a 1.

Qué necesitamos

• La ESP32 Plus de Acebott y ACECode (como en el Chisme 112).
• Del kit avanzado de robótica: el módulo sensor de alcohol analógico de cuatro pines y un LED.
• Cuatro cables Dupont (más los del LED).
• Un algodón con un poco de alcohol o un poco de gel hidroalcohólico para las pruebas.

Conexión

Con el USB desenchufado, conecta y revisa las etiquetas del módulo, no el orden de los cables.

Módulo	ESP32 Plus
V	3,3 V (pin 3V3)
G	G
D0 (digital)	pin 25
A0 (analógica)	pin 35
LED	pin 5 (con el módulo LED de los chismes anteriores)

Un detalle importante: el calentador del sensor está pensado para 5 V, pero la ESP32 solo aguanta 3,3 V en sus entradas. Si lo alimentas con 5 V, la salida A0 puede pasar de 3,3 V y estropear el pin. Con 3,3 V es seguro para la placa; el sensor calienta algo menos y las lecturas serán más bajas, pero para aprender sirve.

Prueba: el programa de lectura

Este es el programa que hemos usado para ver las dos salidas:

1. Inicio del programa, y por siempre:
   1. Serial 115200 imprimir «unir» (A: y leer pin analógico 35).
   2. Serial 115200 imprimir «unir» (D: y leer pin digital 25).
   3. Esperar 1 segundo.

Abre el monitor serie a 115200. Si no te aparece el bloque «Serial», puede que haga falta añadir la extensión de la shield 9 en 1 en ACECode, aunque no pongas la placa de expansión.

Cómo probarlo

1. Enchufa el USB y espera 1 o 2 minutos viendo cómo se estabiliza el número.
2. Anota los valores en el aire limpio.
3. Acerca un algodón con alcohol, sin tocar el sensor y a unos centímetros. Anota A y D.
4. Retíralo y mira cuánto tarda en volver al valor de antes.
5. Gira el potenciómetro del módulo con un destornillador pequeño y observa cuándo cambia D.

Precauciones: nada de llamas cerca, no mojes el sensor y deja el algodón lejos de la cara. Ventila el aula.

Ejercicio: enciende un LED

Dos programas, uno por cada salida:

Programa 1: con la salida digital.

1. Por siempre.
2. Si leer pin digital 25 = 1 → configurar pin digital 5 a alto.
3. Si no → configurar pin digital 5 a bajo.

Programa 2: con la salida analógica.

1. Por siempre.
2. Si leer pin analógico 35 > N → configurar pin digital 5 a alto.
3. Si no → configurar pin digital 5 a bajo.

¿Qué valor de N? Mira lo que te dio el aire limpio y lo que te dio el algodón cerca, y elige un número entre los dos. Si eliges uno muy bajo, el LED estará siempre encendido; si lo eliges muy alto, no se encenderá nunca. En el programa 1 el umbral lo pone el potenciómetro del módulo; en el 2 lo pones tú en el código. Compara cuál es más cómodo de ajustar.

Qué estamos midiendo realmente

El número de A0 no está en unidades de alcohol. Es la tensión de un divisor de resistencias que depende del vapor, pero también de la temperatura, la humedad, el tiempo de calentamiento, el voltaje de alimentación y el envejecimiento del sensor. Dos módulos iguales pueden dar valores muy distintos.

Para obtener ppm o mg/L haría falta calibrar el sensor con concentraciones conocidas. Sin eso, lo que tienes es una señal relativa: sirve para detectar cambios, no para medir una cantidad exacta. Medir no significa necesariamente medir bien.

Para el aula

• Predice: ¿qué valor dará en aire limpio? ¿Y con el algodón pegado?
• Mide: anota A0 a 20, 10, 5 y 2 cm del algodón. ¿Sube de forma lineal?
• Tiempo de respuesta: ¿cuántos segundos tarda en subir al acercar el algodón? ¿Y en bajar al retirarlo?
• Calentamiento: anota el valor cada 10 segundos desde que enchufas. ¿Cuándo se estabiliza?
• Especificidad: prueba con otros vapores seguros: perfume, colonia, vinagre, un rotulador de pizarra (sin acercarlo demasiado). ¿Reacciona a todos igual?
• Umbral: ¿qué valor de N elegiste y por qué? ¿Qué pasa si hay un día más húmedo?
• Debate: ¿por qué un sensor de este tipo no vale para decidir si alguien puede conducir?

Retos

• Reto 1: haz que funcione la lectura y anota A0 y D0 en aire limpio.
• Reto 2: enciende un LED con la salida digital y ajusta el potenciómetro.
• Reto 3: enciende el LED con la salida analógica y un número elegido por ti.
• Reto 4: haz un semáforo con tres LED o con el LED RGB: verde en aire limpio, amarillo si sube algo, rojo si sube mucho.
• Reto 5: añade un zumbador que suene cuando el LED esté en rojo.
• Reto 6: guarda los datos con la página del registrador del chisme 135 y dibuja la curva del vapor al acercar y retirar el algodón.
• Reto 7: mide el aire del aula durante una clase y otra hora distinta. ¿Cambia algo?
• Reto 8: convierte el proyecto en una pequeña investigación: ¿cómo cambia la lectura con la temperatura del aula?

Qué hemos aprendido

Has conectado un sensor de gas a la ESP32 Plus y lo has leído con dos salidas: A0 te dice cuánto y D0 te dice si se supera un umbral. Has visto que D0 es solo A0 comparada con un umbral. Y has aprendido tres cosas de científico: un sensor necesita calentarse, reacciona a muchos vapores y sin calibrar solo sirve para detectar cambios.

El Lince olisqueó el algodón, vio encenderse el LED y se declaró «el mejor olfato de Sierra Bermeja». La Gata le recordó que acababa de olerle el sensor al algodón de alcohol y que todavía no había probado el aire limpio.