Chisme 134: el detector de imanes del Lince, sensor Hall con ESP32

La Gata Montesa había escondido algo en la cueva de Sierra Bermeja. Tres cajas iguales, cerradas, y una nota encima de la mesa: «Una de ellas lleva un imán. Tienes un detector, Lince. Úsalo». Vamos a hacer un sensor Hall.

Víctor Vílchez, el Lince de la Noche, se puso el detector delante de la cara.

—Pita si hay un imán cerca.

—¿Y solo eso?

—Pues sí. Pita o no pita.

La Gata se echó a reír.

—Entonces tendrás que probar las tres cajas una a una. A ver cuánto tardas.

—¿Y si el detector dijera «me acerco, me alejo»?

—Eso es otra cosa. Eso ya no es un sí o un no.

Introducción

En este chisme 134 vas a construir un detector de imanes con un sensor Hall y la ESP32 Plus. Y vas a aprender la diferencia entre leer una señal como digital y leerla como analógica.

Es un chisme muy sencillo a propósito: un sensor, tres cables y cuatro bloques. Lo importante no es el sensor, sino cómo lo lees. Ya usaste una entrada analógica en la maceta del Chisme 132 con la Echidna. Ahora la ves por primera vez junto a la digital, en la misma placa y con el mismo sensor. Antes de montarlo, practica en el simulador del sensor Hall, que también tiene un modo para verlo todo hecho.

Cómo funciona un sensor Hall

Un sensor Hall detecta campos magnéticos. Dentro tiene una pequeña lámina por la que pasa corriente. Si acercas un imán, el campo desvía esa corriente y aparece una pequeña tensión en un lateral. Cuanto más campo, más tensión. Si quieres saber más, la Wikipedia explica cómo funciona y dónde se usa.

Esa tensión se llama efecto Hall, por Edwin Hall, que lo descubrió en 1879. Se usa en sitios donde no lo imaginas: en las ruedas de las bicicletas para contar vueltas, en los ordenadores para saber si la tapa está cerrada o en los móviles para detectar la funda con imán.

Un sensor Hall distingue los polos del imán. Si acercas el imán y no pasa nada, dale la vuelta.

Digital y analógica: la diferencia

La ESP32 puede leer una señal de dos maneras.

• Lectura digital: la placa decide si la tensión es «alta» o «baja» y da 0 o 1. Es un sí o un no.
• Lectura analógica: la placa mide la tensión y da un número entre 0 y 4095. Es un «cuánto».

Con la lectura digital sabes si hay un imán. Con la analógica sabes cuánto se acerca. Ese es el juego de «caliente, frío» de la Gata. Ya viste un sensor de sí o no en la caja del Chisme 131, que solo decía si estaba inclinada.

Los módulos Hall de este tipo vienen en dos versiones:

• Digital: el módulo lleva un comparador (un chip con «393») y un potenciómetro. El módulo decide solo cuándo cambiar entre 0 y 1: el potenciómetro marca el umbral.
• Lineal: el módulo da una tensión que sube y baja con el campo. En reposo está hacia la mitad.

Tu prueba te dirá cuál tienes.

Qué necesitamos

• La ESP32 Plus de Acebott y ACECode (como en el Chisme 112).
• Del kit avanzado de robótica: el sensor Hall magnético.
• Un imán (el de la nevera o el de una funda de móvil sirven).
• Tres cables Dupont.

Conexión

Conecta con la placa sin el USB enchufado y revisa las etiquetas del módulo, no el orden de los cables.

Módulo Hall	ESP32 Plus
S (señal)	pin 25 (lectura digital)
V	V
G	G

El módulo funciona con la tensión de la placa. Al conectar el USB debería encenderse su LED de alimentación.

Prueba 1: lectura digital

La imagen siguiente es el programa que hemos usado, con las dos lecturas posibles:

Primero, la lectura digital:

1. Por siempre:
   1. Serial 115200 imprimir «unir» (H: y leer pin digital 25).
   2. Esperar 0,2 segundos.

Abre el monitor serie, como en la estación del Chisme 125, 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.

Haz las pruebas y anota los valores:

• Imán lejos.
• Imán muy cerca.
• Imán a medio camino. ¿A qué distancia cambia el valor?
• Imán dado la vuelta.

Prueba 2: lectura analógica

Ahora cambia la forma de leer.

1. Mueve el cable S del pin 25 al pin 35, con la placa desenchufada.
2. En el programa, sustituye leer pin digital 25 por leer pin analógico 35.
3. Repite las mismas pruebas y anota los valores.

El 35 es una entrada que solo sirve para lecturas. El 25 también puede leerse en analógico, salvo cuando se usa el WiFi, pero con el 35 evitamos problemas.

Qué pasa en cada caso

Compara tus dos tablas:

• Si tu módulo es digital, la lectura digital da 0 o 1, y la analógica solo dos valores: uno cerca de 0 y otro cerca del máximo. El módulo decide solo y la lectura analógica no añade información.
• Si tu módulo es lineal, la lectura analógica da muchos valores que suben al acercar el imán, y la digital da 0 o 1 con un cambio brusco, y puede parpadear en reposo porque la tensión está cerca del umbral que usa la placa.

En los dos casos pasa lo mismo: una señal analógica se convierte en un sí o un no cuando se le pone un umbral. El módulo digital lo hace por dentro y la lectura digital de la placa lo hace por fuera.

Qué estamos midiendo realmente

El sensor mide el campo magnético, que se expresa en gauss o en teslas. Lo que lees no está en esas unidades: es un número que depende del sensor, del imán y del polo. Sirve para comparar, no para medir exactamente.

Una lectura analógica de 12 bits (0 a 4095) tiene 4096 niveles posibles. La digital solo tiene dos. Más niveles no significa más precisión: el ruido hace que el número baile unas unidades aunque no cambie nada. Medir no significa necesariamente medir bien.

Para el aula

• Predice: ¿qué lectura crees que dará el sensor sin imán? ¿Y con él pegado?
• Mide: anota los valores a 0, 1, 2, 5 y 10 cm. ¿Cómo cambia el valor con la distancia? ¿Baja de golpe o poco a poco?
• Compara: mismo imán, dos polos. ¿Cambia la lectura?
• Investiga: ¿qué otros objetos hacen reaccionar al sensor? ¿Un clip? ¿Un móvil? ¿Un altavoz?
• Explica: ¿para qué usarías la lectura digital y para qué la analógica?
• Debate: ¿por qué un contador de vueltas de bici usa un sensor digital y no uno analógico?

Retos

• Reto 1: haz que funcione el detector con la lectura digital.
• Reto 2: cámbialo a lectura analógica y anota los valores.
• Reto 3: haz sonar un zumbador del kit cuando el valor pase de un límite elegido por ti.
• Reto 4: juega a «caliente-frío»: esconde el imán en una de tres cajas y usa la lectura analógica para encontrarlo.
• Reto 5: pon un LED que brille más cuanto más cerca esté el imán.
• Reto 6: guarda los valores y haz una gráfica del valor frente a la distancia.

Qué hemos aprendido

Has conectado un sensor Hall a la ESP32 Plus y lo has leído de dos maneras. Con la digital sabes si hay un imán, y con la analógica sabes cuánto se acerca. Y has visto que un sí o un no no es más que una señal analógica con un umbral.

La Gata escondió el imán en la caja del medio. El Lince la encontró a la primera, aunque asegura que fue casualidad.