Taller Arduino y Electrónica Lúdica -Mecatrónica La mecatrónica es una disciplina que une la ingeniería mecánica, ingeniería electrónica, ingeniería de control e ingeniería informática; la cual sirve para diseñar y desarrollar productos que involucren sistemas de control para el diseño de productos o procesos inteligentes, lo cual busca crear maquinaria más compleja para facilitar las actividades del ser humano a través de procesos electrónicos electrónicos en la industria industria mecánica principalmente principalmente !ebido a que combina varias ingenierías ingenierías en una sola, su punto fuerte es la versatilidad "n consenso com#n es describir a la mecatrónica como una disciplina integradora de las áreas de mecánica, electrónica e informática cuyo objetivo es proporcionar mejores productos, procesos y sistemas La mecatrónica no es, por tanto, una nueva rama de la ingeniería, sino un concepto recientemente recientemente desarrollado desarrollado que enfati$a enfati$a la necesidad de integración integración y de una interacción interacción intensiva intensiva entre diferentes áreas de la ingeniería La mecatrónica también se ha adoptado como una disciplina científica aplicada, en la cual se hace modelado, análisis, síntesis y control de sistemas de naturale$a multidominio y se ha tratado de homogenei$ar la ciencia para este tipo de sistemas
-Propósito %l proyecto que se presenta tiene por objetivo que los destinatarios logren destre$as relacionadas con la programación, informática, electrónica y la tecnología &romueve el protagonismo de los participantes, a través de la modalidad de trabajo donde el interesado construye el conocimiento a partir de la actividad práctica concreta, en la cual el %quipo del Lab participa como asesor de los grupos de trabajo !e esta forma se producirán procesos metacognitivos de forma natural 'necesarios para la continuidad de la elaboración de las actividades o proyectos( proyectos( y necesarios necesarios para el crecimiento crecimiento intelectual intelectual de los participantes participantes %stas actividades actividades problemáticas promueven metacognición, al momento de las continuas revisiones que dan abordajes al conocimiento de forma espiralada, que será producto de la normal actividad del taller )e busca difundir metodologías y procedimientos propios de la actividad científica !ada la complejidad de los fenómenos tecnológicos, se hace necesario capacitar a los participantes en metodologías y procedimientos que guíen y faciliten los procesos creativos de los mismos !esarrollar competencias propias del trabajo en proyectos tecnológicos y situaciones problemáticas %ste tipo de modalidad modalidad de trabajo trabajo promueve promueve el trabajo trabajo autónomo, creativo creativo y a su ve$ colaborativ colaborativoo entre pares del propio equipo de trabajo, e*ternos al equipo, %quipo del Lab y más +ambién se incorporan competencias propias a la metodología de programación, tecnologías duras 'electrónica, electromecánica, informática( mplementar el trabajo en equipo, dado que la tecnología avan$a a pasos agigantados y el capital de conocimiento se hace inalcan$able, es que se deben de promover trabajos interdisciplinarios y en forma de equipos -
.estionar espacios y posibilidades de acción en actividades de enseñan$a/aprendi$aje que incluyan los recursos tecnológicos como una herramienta esencial para el cumplimiento de los objetivos, sistemas operativos y soft0are de aplicación alternativos y libres, .1"2L1"3, "4"1+", talleres de programación básicas para el manejo de periféricos informáticos y dispositivos electromecánicos por medio de los puertos de la &5, manejo de máquinas y herramientas propias del taller de electrónica !ifundir, como estrategia institucional, la utili$ación del )67+89:% L4:% .1"2L1"3, "4"1+", como herramientas transformadoras de las prácticas educativas, la cultura institucional y la práctica profesional ntroducir los contenidos conceptuales orientados a la programación de microcontroladores e informática y electrónica de control, en el cual se prevé hacer un proyecto integrado y en conjunto, en donde los participantes aprenden electrónica y programación básica como recurso didáctico potente
-¿Qué es Arduino? 9rduino es una plataforma de hard0are libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares %l hard0are consiste en una placa con un microcontrolador 9tmel 9: y puertos de entrada2salida Los microcontroladores más usados son el 9tmega-<=, 9tmega>?=, 9tmega-?=@, 9+mega= por su sencille$ y bajo coste que permiten el desarrollo de m#ltiples diseños &or otro lado el soft0are consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje de programación &rocessing28iring y el cargador de arranque 'boot loader( que corre en la placa 9rduino se puede utili$ar para desarrollar objetos interactivos autónomos o puede ser conectado a soft0are del ordenador 'por ejemploA Bacromedia 7lash, &rocessing, Ba*2B)&, &ure !ata( Las placas se pueden montar a mano o adquirirse %l entorno de desarrollo integrado libre se puede descargar gratuitamente 9l ser open/hard0are, tanto su diseño como su distribución es libre %s decir, puede utili$arse libremente para el desarrollo de cualquier tipo de proyecto sin haber adquirido ninguna licencia
?
&laca 9rduino "no :>
%ntorno de !esarrollo ntegrado !%
5ódigo 7uente
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-Trabajo Colaboratio !o"t#are Libre .1"2Linu* es uno de los términos empleados para referirse a la combinación del n#cleo o Cernel libre similar a "ni* denominado Linu* con las herramientas del proyecto .1" )u desarrollo es uno de los ejemplos más prominentes de soft0are libre; todo su código fuente puede ser utili$ado, modificado y redistribuido libremente por cualquiera bajo los términos de la .&L 'Licencia &#blica .eneral de .1", en inglésA .eneral &ublic License( y otra serie de licencias libres )eg#n la 7ree )oft0are 7oundation, el soft0are libre se refiere a la libertad de los usuarios para ejecutar, copiar, distribuir, estudiar, modificar el soft0are y distribuirlo modificado
$ard#are Libre )e llama hard0are libre a los dispositivos de hard0are cuyas especificaciones y diagramas esquemáticos son de acceso p#blico, ya sea bajo alg#n tipo de pago o de forma gratuita Las ideas sobre la libertad del conocimiento son aplicables al hard0are libre )e debe recordar en todo momento que libre no es sinónimo de gratis %l hard0are libre forma parte de la cultura libre %l término hard0are libre se ha usado principalmente para reflejar el uso del soft0are libre con el hard0are y el lan$amiento libre de la información con respecto al hard0are, a menudo incluyendo el lan$amiento de los diagramas esquemáticos, diseños, tamaños y otra información acerca del hard0are
D
Licencias 5reative 5ommons '55( es una organi$ación no gubernamental sin ánimo de lucro que desarrolla planes para ayudar a reducir las barreras legales de la creatividad, por medio de nueva legislación y nuevas tecnologías Las licencias 5reative 5ommons o 55 %*iste una serie de licencias 5reative 5ommons, cada una con diferentes tipos de configuraciones, que permite a los autores poder decidir la manera en la que su obra va a circular en internet, entregando libertad para citar, reproducir, crear obras derivadas y ofrecerla p#blicamente, bajo ciertas diferentes restricciones
-$erra%ientas a utili&ar Arduino'!(ields 9rduino es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos basada en soft0are y hard0are libre, fle*ibles y fáciles de usar )e creó para artistas, diseñadores, aficionados y cualquier interesado en crear entornos u objetos interactivos 9rduino puede tomar información del entorno a través de sus pines de entrada, para esto toda una gama de sensores puede ser usada y puede afectar aquello que le rodea controlando luces, motores y otros actuadores, mediante placas au*iliares llamadas E)hieldsF, construídas para cada aplicación específica %l microcontrolador en la placa 9rduino se programa mediante el lenguaje de programación 9rduino y el entorno de desarrollo integrado !%
G
)rit&in* 7rit$ing es un programa de automati$ación de diseño electrónico libre que busca ayudar a diseñadores y artistas para que puedan pasar de prototipos a productos finales 7rit$ing permite a los diseñadores, artistas, investigadores y aficionados documentar sus prototipos basados en 9rduino y crear esquemas de circuitos impresos para su posterior fabricación 9demás, cuenta con un sitio 0eb complementario que ayuda a compar/ tir y discutir bosquejos, e*periencias y a reducir los costos de fabricación
Co%ponentes Electrónicos &ara el desarrollo de las actividades del presente taller utili$aremos como recursos materiales distintos tipos de componentes electrónicos digitales y analógicos, a saber resistencias, potenciómetros, L%!), sensores de lu$, módulos de ultrasonido, sensores :, sensores de temperatura, motores de cc, motores &9&, servomotores, pulsadores, display L5!, bu$$ers, cables de cone*ión, pilas, sobre una placa protoboard para reali$ar los e*perimentos de laboratorio
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-Enlaces y sitios de interés con proyectos Arduino 000ubuntucom
!istribución de .1"2Linu* para computadoras de escritorio y servidores
000arduinocc2es 2
&ágina oficial de 9rduino en español
000frit$ingorg
&ágina oficial de 7rit$ing
httpA22000proyectosarduinocomar
&royectos con 9rduino
httpA22000roboticaludicacom2
&royectos con 9rduino, electrónica e informática
httpA22mecatronica0ordpresscom
&royectos y tutoriales
000tiendaderoboticacom
&roductos, proyectos y tutoriales
-Tutorial -( %scriba el código fuente en el entorno de desarrollo 9rduino !% >( %jecutarlo en la placa 9rduino
?( !escarga el programa compilado a la placa 9rduino mediante el cable ")4
H
&ara cargar un programa en la placa 9rduino debemos seguir los siguientes pasosA -( 5onectar la placa arduino via ")4 ?( 5ompilar el código fuente >( 5argar el programa en la placa 9rduino D( %l programa se ejecuta automáticamente en la placa
-+losario
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I
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Propuestas y Actividades
C,C.,T/ 0 &L916 %LJ5+:56
%)K"%B9
%3&L59561A
56B&61%1+%)A
%ste circuito toma corriente del &in I del 9rduino %l &in I del 9rduino tiene capacidad para encender EM.MF y apagar EL68F un L%! mediante la utili$ación de la instrucción digital8rite'pin,estado( +ambién brinda Bodulación por 9ncho de &ulso '&8B( permitiendo al usuario cambiar el brillo del L%! mediante el uso de la instrucción analog8rite'pin,valor( La variable valor es un n#mero entero entre @ y ?GG %l L%! se conecta al circuito de tal forma que la corriente pasa a través del ánodo y sale por el cátodo La resistencia limita la corriente en el circuito evitando que el L%! se queme 7inalmente la corriente llega a masa, cerrando el circuito y permitiendo la circulación desde la fuente de alimentación hacia la masa
&in I Línea !igital del 9rduinoA 7uente de alimentación L%!A !iodo emisor de lu$, en estos la corriente circula fácilmente desde el terminal ánodo hacia el terminal cátodo, pero no circula corriente en sentido contrario :esistencia de >>@NA La resistencia se opone al paso de la corriente eléctrica, en este circuito fija un valor de corriente límite para evitar que el L%! y la placa 9rduino se quemen .1! '.round(A %s la masa del circuito
-D
5O!.6 7"%1+%
%ste circuito sencillo muestra como utili$ar ambas formas de salida, digital y analógica M9PL6 +Q B)B6 '!RS !6/+/R6":)%L7( - 5ambiar los valores de tiempo y ver que sucede ? Bodificar el programa para variar el brillo del L%! utili$ando la instrucciónA analog8rite'pin,valor( 5615L")61%)A
-G
C,C.,T/ 1 &L916 %LJ5+:56
%)K"%B9
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56B&61%1+%)A
%ste circuito toma corriente de los &ines D, G, < y H del 9rduino Los &ines digitales D, G, < y H del 9rduino tiene capacidad de encenderse EM.MF ó apagarse EL68F permitiendo al usuario cambiar el estado del L%! mediante el uso de la instrucción digital8rite'pin,estado( %l L%! se conecta al circuito de tal forma que la corriente pasa a través del ánodo y sale por el cátodo La resistencia limita la corriente en el circuito evitando que el L%! se queme 7inalmente la corriente llega a masa, cerrando el circuito y permitiendo la circulación desde la fuente de alimentación hacia la masa
&in DA Línea !igital del 9rduino &in GA Línea !igital del 9rduino &in
>@NA La resistencia se opone al paso de la corriente eléctrica, en este circuito fija un valor de corriente límite para evitar que el L%! y la placa 9rduino se quemen .1! '.round(A %s la masa del circuito
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%ste circuito sencillo muestra como utili$ar salidas digitales y crear secuencias lógicas M9PL6 +Q B)B6 '!RS !6/+/R6":)%L7( - :eali$a el encendido secuencial en forma individual de los L%!), hacer que se encienda primero el L%!D, espera un tiempo, apaga el L%!D, encender el L%!G y así sucesivamente 5615L")61%)A
-H
C,C.,T/ 2 &L916 %LJ5+:56
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56B&61%1+%)A
%ste circuito toma corriente del &in I del 9rduino %l &in I del 9rduino tiene capacidad para encender EM.MF y apagar EL68F un L%! mediante la utili$ación de la instrucción digital8rite'pin,estado( %l &in ? del 9rduino es utili$ado como entrada analógica mediante el uso de la instrucciónA valor S analog:ead'pin( !evuelve un valor que es un n#mero entero entre @ y -@?>
&in I Línea !igital del 9rduinoA 7uente de alimentación &in 9? Línea 9nalógica del 9rduinoA %ntrada del sensor L!: L%!A !iodo emisor de lu$, en estos la corriente circula fácilmente desde el terminal ánodo hacia el terminal cátodo, pero no circula corriente en sentido contrario
%n este ejemplo haremos una lectura analógica :esistencia de >>@NA La resistencia se opone al de los valores proporcionados por la fotocelda paso de la corriente eléctrica, en este circuito fija para controlar el ritmo de parpadeo de un L%! un valor de corriente límite para evitar que el L%! y la placa 9rduino se quemen %l L%! se conecta al circuito de tal forma que la corriente pasa a través del ánodo y sale por el :esistencia L!:A :esistencia cuyo valor cátodo La resistencia limita la corriente en el depende de la intensidad luminosa, también circuito evitando que el L%! se queme llamada fotocelda 7inalmente la corriente llega a masa, cerrando el :esistencia de -@CNA 7orma un divisor de circuito y permitiendo la circulación desde la tensión en combinación con la L!: fuente de alimentación hacia la masa .1! '.round(A %s la masa del circuito -=
5O!.6 7"%1+%
%ste circuito sencillo muestra como utili$ar una entrada analógica y una salida digital M9PL6 +Q B)B6 '!RS !6/+/R6":)%L7( - %n ve$ de parpadear, cambiar el programa para modificar el brillo del L%! 5615L")61%)A
-I
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%ste circuito toma corriente del &in I del 9rduino %l &in I del 9rduino tiene capacidad para encender EM.MF y apagar EL68F un L%! mediante la utili$ación de la instrucción digital8rite'pin,estado( +ambién brinda Bodulación por 9ncho de &ulso '&8B( permitiendo al usuario cambiar el brillo del L%! mediante el uso de la instrucción analog8rite'pin,valor( La variable valor es un n#mero entero entre @ y ?GG %l &in ? del 9rduino es utili$ado como entrada analógica mediante el uso de la instrucciónA valor S analog:ead'pin( !evuelve un valor que es un n#mero entero entre @ y -@?>
&in I Línea !igital del 9rduinoA Bodulación por 9ncho de &ulso '&8B( &in 9? Línea 9nalógica del 9rduinoA %ntrada del &otenciómetro Botor !5A Botor de corriente continua, su velocidad varía dependiendo de la tensión de alimentación aplicada !iodoA !iodo rectificador, en estos la corriente circula fácilmente desde el terminal ánodo hacia el terminal cátodo, pero no circula corriente en sentido contrario
+ransistorA )e utili$a para controlar cargas que por sus características eléctricas no pueden %n este ejemplo haremos una lectura analógica conectarse directamente a la placa arduino de los valores proporcionados por el potenciómetro para controlar la velocidad de un :esistencia de -@TNA La resistencia se opone al motor de corriente continua paso de la corriente eléctrica, en este circuito fija un valor de corriente límite para polari$ar un transistor bipolar 1&1
?@
&otenciómetroA :esistencia cuyo valor puede modificarse en forma manual ajustando una perilla .1! '.round(A %s la masa del circuito
5O!.6 7"%1+%
%ste circuito sencillo muestra como utili$ar una entrada analógica y una salida &8B M9PL6 +Q B)B6 '!RS !6/+/R6":)%L7( - %n ve$ de variar la velocidad mediante el potenciómetro, hacer que aumente y disminuya la velocidad periódicamente, en forma automática 5615L")61%)A
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C,C.,T/ 4 &L916 %LJ5+:56
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%3&L59561A
56B&61%1+%)A
%ste circuito toma corriente del &in I del 9rduino %l &in I del 9rduino tiene capacidad para encender EM.MF y apagar EL68F un L%! mediante la utili$ación de la instrucción digital8rite'pin,estado( %l &in ? del 9rduino es utili$ado como entrada analógica mediante el uso de la instrucciónA valor S analog:ead'pin( !evuelve un valor que es un n#mero entero entre @ y -@?>
&in I Línea !igital del 9rduinoA 7uente de alimentación
%n este ejemplo haremos una lectura analógica de los valores proporcionados por el potenciómetro para controlar el ritmo de parpadeo de un L%!
:esistencia de >>@NA La resistencia se opone al paso de la corriente eléctrica, en este circuito fija un valor de corriente límite para evitar que el L%! y la placa 9rduino se quemen
%l L%! se conecta al circuito de tal forma que la corriente pasa a través del ánodo y sale por el cátodo La resistencia limita la corriente en el circuito evitando que el L%! se queme 7inalmente la corriente llega a masa, cerrando el
&otenciómetroA :esistencia cuyo valor puede modificarse en forma manual ajustando una perilla
&in 9? Línea 9nalógica del 9rduinoA %ntrada del &otenciómetro L%!A !iodo emisor de lu$, en estos la corriente circula fácilmente desde el terminal ánodo hacia el terminal cátodo, pero no circula corriente en sentido contrario
.1! '.round(A %s la masa del circuito ??
circuito y permitiendo la circulación desde la fuente de alimentación hacia la masa
5O!.6 7"%1+%
%ste circuito sencillo muestra como utili$ar una entrada analógica y una salida digital M9PL6 +Q B)B6 '!RS !6/+/R6":)%L7( - %n ve$ de parpadear, cambiar el programa para modificar el brillo del L%! ? 6tra posibilidad es tomar una decisión lógica sobre la salida del L%! en función del nivel de entrada del &otenciómetro 5615L")61%)A
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