Informe de la práctica-ARDUINO

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA

DEL

ESTADO

DE

HIDALGO

INSTITUTO DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA ESCUELA SUPERIOR DE TLAHUELILPAN

LICENCIATURA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

ELECTRÓNICA BÁSICA

“CONSTRUCCIÓN DE UN CUBO DE LEDS CON ARDUINO”

Elaborado por: Aguilar Delgado Zuleidy Callejas Valdez Nathalie Marlem Dorantes Dorantes Marisol Estrada Cruz Damián Flores de la Rosa Fausto Alfonso Galván Morales Teresa García Escamilla Edgar Jiménez Jiménez Silvia Moreno Zúñiga Alberto Pérez Gutiérrez Joel Bernardo Trujillo Cruz Javier

Grupo 301 LSC Informe de Práctica IP.LSC.EB-1201 Mayo/2012

UAEH – Escuela Superior de Tlahuelilpan. Ex Hacienda de San Servando. Tlahuelilpan de Ocampo, Hgo., C.P. 42780.

E-mail: [email protected]

RESUMEN

Desarrollo de una serie, bajo la plataforma de Arduino, que permite encender un cubo de LEDS 3 * 3 (27 unidades) mediante la programación. El proyecto buscó la sencillez de uso, para facilitar con pequeños esquemas el entorno del proyecto. El software del proyecto utiliza exclusivamente soluciones libres y de uso gratuito. Desarrollado en Sistema Operativo Windows XP. Una vez determinado el como fuimos capaces de enlazar todos los elementos y hacer que interactuaran entre si y funcionara, se pueden utilizar estos conocimientos y participar con el proyecto: cubo de LEDS con Arduino.

Lic. En Sistemas Computacionales 301

Construcción Construcción de un cubo de leds con arduino

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RESUMEN

Desarrollo de una serie, bajo la plataforma de Arduino, que permite encender un cubo de LEDS 3 * 3 (27 unidades) mediante la programación. El proyecto buscó la sencillez de uso, para facilitar con pequeños esquemas el entorno del proyecto. El software del proyecto utiliza exclusivamente soluciones libres y de uso gratuito. Desarrollado en Sistema Operativo Windows XP. Una vez determinado el como fuimos capaces de enlazar todos los elementos y hacer que interactuaran entre si y funcionara, se pueden utilizar estos conocimientos y participar con el proyecto: cubo de LEDS con Arduino.



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CONTENIDO INTRODUCCIÓN

1

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

3

2. OBJETIVO

3

3. NOTACIONES Y DEFINICIONES

4

4. FUNDAMENTOS

6

5. DESARROLLO TEÓRICO 5.1. Análisis del problema

9

5.2. Diseño de la solución

10

5.3. Resultados esperados

15

6. DESARROLLO EXPERIMENTAL

8.

7.1. Construcción de los sistemas

15

7.2. Resultados experimentales

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ANÁLISIS DE RESULTADOS

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CONCLUSIONES

39

REFERENCIAS

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ANEXO I. INFRAESTRUCTURA

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Lista de Figuras Figura 1. Familia de microcontr microcontroladores oladores Atmel

7

Figura 2. Lenguaje de programación Arduino 1.0 Figura 3. Diseño de la construcción del cubo de leds Figura 4. Plantilla para colocar el cubo de leds Figura 5. Doblamos 5. Doblamos los cátodos cátodos y nos ayudamos ayudamos con el molde molde



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Figura 6. Estructuras de leds Figura 7. Estructuras 7. Estructuras montadas montadas para soldar soldar los ánodos Figura 8. Cubo de Leds 3x3x3 Figura 9. Es 9. Es esta figura figura se muestran muestran los terminales de un led Figura 10. Muestra como debe de estar doblado Figura 11. Se muestra como van unidos los leds Figura 12. Estructura de cada sección de nueve leds Figura 13. Muestra 13. Muestra como quedan quedan Figura 14. Resistencias 14. Resistencias conectadas a los ánodos ánodos resultantes de cada fila Figura 15. Partes del transistor Figura 16. Terminales de salida de arduino UNO Figura 17. Muestra 17. Muestra como quedo quedo finalmente finalmente el circuito siguiendo siguiendo los pasos descritos descritos Figura 18. Window Windowss reconociendo al dispositivo arduino Figura 19. Asistente 19. Asistente para nuevo nuevo hardware hardware de Windows XP Figura 20. Examinador 20. Examinador de archivos archivos para los controladores de arduino Figura 21. Instalación 21. Instalación del del controlador correspondiente correspondiente Figura 22. Finalización del asistente para hardware Figura 23. Interfaz 23. Interfaz del compilador compilador arduino Figura 24. Creación de un nuevo archivo de código Figura 25. Utilización de código prediseñado por el compilador Figura 26. Código generado por el compilador Figura 27. Interfaz donde se muestra la selección del modelo de arduino Figura 28. Interfaz 28. Interfaz de la selección del puerto puerto Figura 29. Lugar 29. Lugar donde se encuentra el botón upload upload Figura 30. Muestra 30. Muestra como están están conectadas las terminales del leds Figura 31. Cubo conectado con cada uno de los elementos mencionados Figura 32. Botón 32. Botón RESET indicando su ubicación



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Figura 33. Prototipo funcionando Figura 34. Resultado experimental con arduino Figura 35. Código fuente de la secuencia de una serie navideña. Figura 36. Muestra la declaración de los arreglos y parte de la lógica de programación Figura 37. Muestra la otra parte de la lógica de programación Figura 38. Muestra la otra parte de la lógica de programación Figura 39. Imagen que demuestra como el arduino funciona formando el número tres Figura 40. Imagen que demuestra como el arduino funciona formando el número cero Figura 41. Imagen que demuestra como el arduino funciona formando en número uno


Construcción de un cubo de leds con arduino

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INTRODUCCIÓN Arduino, es una plataforma de prototipos electrónica de código abierto basada en hardware y software flexibles y sencillos de usar. Está pensado para cualquier interesado en crear objetos o entornos interactivos. Este artefacto, puede sentir el entorno mediante la recepción de entradas desde una variedad de sensores y puede afectar a su alrededor mediante el control de luces, motores y otros artefactos. El microcontrolador de la placa se programa usando su propio software, "Arduino Programming Language" basado en Wiring y el Arduino Development Environment basado en Processing. Los proyectos de Arduino pueden ser autónomos o se pueden comunicar con software en ejecución en un ordenador. Existen muchos microcontroladores y plataformas microcontroladores disponibles para computación física. Todas estas herramientas toman los desordenados detalles de la programación del microcontrolador y la encierran en un paquete fácil de usar. Arduino simplifica el proceso de trabajo con microcontroladores y ofrece grandes ventajas. Arduino inició como un proyecto que se hizo en el Instituto de Diseño Interactivo Ivrea en el año 2005; Aunque su origen está implícito en otros proyectos ya trabajados, con el objetivo de hacer una herramienta para los estudiantes más moderna que las existentes en el mercado, incluyendo a la BASIC Stamp, con un costo aproximado de 100 dólares y que los estudiantes no estaban dispuestos a pagar y con la necesidad de adquirir varias placas. Además, los fundadores estaban ante la problemática de un posible cierre de la escuela, por lo que diseñaron a Arduino como un hardware open source. Así, nació la primera placa Arduino, establecida sólo para los estudiantes: La primera versión RS232 para soldar. Tiempo después, se llegó a un acuerdo con otros Institutos, con el fin de hacer comercial el producto. Se trabajó con la versión USB ya montada, probada y lista para funcionar, y que en el año de 2010, se llevaban vendidos más de 40,000 placas. El Arduino contiene 14 pines de entrada/salida digital (de los cuales 6 pueden ser usados como salidas PWM). 6 entradas analógicas, un oscilador de cuarzo a 16MHz, una conexión USB, un conector para alimentación, una cabecera ICSP y un botón de reset. Contiene todo lo necesario para soportar el microcontrolador simplemente conectado a un ordenador con un cable USB o enchufado con un adaptador AC/DC o batería para comenzar.



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1

El Arduino puede ser alimentado a través de la conexión USB o con un suministro de energía externa. La fuente de energía se selecciona mediante el jumper PWR_SEL La alimentación externa (es decir, no USB) puede venir desde un adaptador AC a DC o desde una batería. El adaptador puede ser conectado mediante un enchufe centro-positivo en el conector de alimentación de la placa. Los cables de la batería pueden insertarse en las cabeceras de los pines Gnd y Vin del conector POWER. Un regulador de bajo abandono proporciona eficiencia energética. La placa puede operar con un suministro externo de 6 a 20 volts. Si es suministrada con menos de 7V, sin embargo, el pin de 5V puede suministrar menos de 5 V y la placa podría ser inestable. Si se usa más de 12 V, el regulador de tensión puede sobrecalentarse y dañar la placa. El rango recomendado es de 7 a 12 V.



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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA A partir de la revolución de la electrónica, comienza en el mundo una rápida escala de avances tecnológicos en todas sus manifestaciones: la educación y la industria. Es por ello que debemos aprovechar nuestra facultad intelectual y capacidad de razonamiento para innovar, crear, experimentar y aprender más sobre prototipos electrónicos. El desarrollo de la electrónica es una necesidad que no se puede dejar a un lado en los avances tecnológicos. Los constantes avances y la aparición de nuevas tecnologías han dado un impulso a la creación de nuevas ideologías científicas, tecnológicas y sociales, provocando un cambio radical a las actividades educativas. Analizando dispositivos que ayudan a los estudiantes proporcionándoles una herramienta que les permita crear sus propios prototipos electrónicos, integrado sus conocimientos adquiridos en las diferentes materias, se encontró una placa denominada “Arduino”.

Basado en la documentación, que se ha analizado surgió la inquietud de como llevar acabo una pequeña demostración con el dispositivo electrónico “ARDUINO”, entre algunas de las

incógnitas por resolver están; ¿cómo se utiliza?, ¿cómo se conecta?, ¿cómo se programa?, ¿Cuál es su comportamiento? De acuerdo a lo expuesto en relación a la problemática nos queda una gran interrogante ¿cómo funciona el arduino?

2. OBJETIVO

El objetivo de esta práctica consiste en ampliar el conocimiento del funcionamiento del dispositivo Arduino Uno, haciendo uso de la información teórica previa que se tiene de éste, y de la programación requerida, con el fin de lograr que el cubo de LED construido funcione satisfactoriamente.



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1. NOTACIONES Y DEFINICIONES 

Diecimila: Es la placa Arduino más popular. Se conecta al ordenador con un cable estándar USB que contiene todo los que se necesita para programar y usar la placa bien.



GND: Tierra, ubicada en los pines de Arduino.



Nano: Una placa compacta diseñar para uso como tabla de pruebas, el Nano se conecta al ordenador usando un cable USB Mini-B.



Mini: Esta es la placa más pequeña de Arduino. Trabaja tablas, aplicaciones en las que prima su espacio. Se conecta al ordenador usando el cable Mini USB.



Serial: Es una placa básica que usa RS232 como una interfaz con su ordenador para la programación y comunicación. Esta placa puede ejercerse de aprendizaje.



Serial Single Sided: Esta placa está diseñada para ser grabadas y ensambladas a mano. Es compatible con los dispositivos.



VIN: Es la entrada de la tensión a la placa Arduino cuando está usando por una fuente de alimentación externa. También se puede suministrar su tensión a través de este pin.



SPI: 10 (SS), 12 (SCK): Son pines de soportar las comunicaciones SPI, la cual se proporciona por el hardware.



PWM: Es una forma de “falsificar” una salida analógica por la salida pulsante. Esto es para iluminar LED.



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

BASIC STAMP: Es un microcontrolador que posee un intérprete especializado de BASIC (PBASIC) que se encuentra en su memoria ROM. Posee la forma de un chip DIP (Dual In Package), encontrándose en una placa de circuito impreso que contiene los elementos esenciales para un microprocesador:



MICROCONTROLADOR: Es un microcontrolador es un circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y unidades de E/S (entrada/salida).



MULTIDISCIPLINARES: Aplicación a varias disciplinas.



OPEN SOURCE: Software Abierto (Open Source) es un movimiento en círculos de programadores caracterizado por la creación de código 'abierto' que puede ser modificado o distribuido sin pagar una licencia. .



OSCILADOR: Un oscilador es un sistema capaz de crear perturbaciones o cambios periódicos o cuasi periódicos en un medio, ya sea un medio material (sonido) o un campo electromagnético (ondas de radio, microondas, infrarrojo, luz visible, rayos X, rayos gamma, rayos cósmicos).



PROCCESING: Lenguaje de programación que ofrece un completo entorno donde podamos desarrollar nuestro prototipo.



WIRING: tarjeta de entrada y salida multi-propósito basada en un microcontrolador y un ambiente de desarrollo integrado basado en Processing.



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

WRITTING: Es una aplicación que almacena datos en el registro del sistema, que es probable que su registro haya sufrido una fragmentación y acumulado en entradas no válidas que pueden afectar al rendimiento del PC.

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS ARDUINO Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares. El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos de entrada/salida. 4 Los microcontroladores más usados son el Atmega168, Atmega328, Atmega1280, ATmega8 por su sencillez y bajo coste que permiten el desarrollo de múltiples diseños.

Figura 1. Familia de microcontroladores Atmel

Por otro lado el software consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje de programación Processing/Wiring y el cargador de arranque (boot loader) que corre en la placa.



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Arduino se puede utilizar para desarrollar objetos interactivos autónomos o puede ser conectado a software del ordenador (por ejemplo: Macromedia Flash, Processing, Max/MSP, Pure Data). Las placas se pueden montar a mano o adquirirse. El entorno de desarrollo integrado libre se puede descargar gratuitamente. Al ser open-hardware, tanto su diseño como su distribución son libres. Es decir, puede utilizarse libremente para el desarrollo de cualquier tipo de proyecto sin haber adquirido ninguna licencia. Consta de 14 entradas digitales configurables entrada i/o salidas que operan a 5 voltios. Cada pin puede proporcionar o recibir como máximo 40 mA. Los pines 3, 5, 6, 8, 10 y 11 pueden proporcionar una salida PWM (Pulse Width Modulation). Si se conecta cualquier cosa a los pines 0 y 1, eso interferirá con la comunicación USB. Diecimila también tiene 6 entradas analógicas que proporcionan una resolución de 10 bits. Por defecto miden de 0 voltios (masa) hasta 5 voltios, aunque es posible cambiar el nivel más alto, utilizando el pin Aref y algún código de bajo nivel.

LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN DE ARDUINO La plataforma Arduino se programa mediante el uso de un lenguaje propio basado en el popular lenguaje de programación de alto nivel Processing. Sin embargo, es posible utilizar otros lenguajes de programación y aplicaciones populares en Arduino. Algunos ejemplos son: Java Flash (mediante ActionScript) Processing Pure Data MaxMSP (entorno gráfico de programación para aplicaciones musicales, de audio y multimedia) VVVV (síntesis de vídeo en tiempo real) Lic. En Sistemas Computacionales 301


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Adobe Director Python Ruby C C++ (mediante libSerial o en Windows) C# Cocoa/Objective-C (para Mac OS X) Linux TTY (terminales de Linux) 3DVIA Virtools (aplicaciones interactivas y de tiempo real) SuperCollider (síntesis de audio en tiempo real) Instant Reality (X3D) Liberlab (software de medición y experimentación) BlitzMax (con acceso restringido) Squeak (implementación libre de Smalltalk) Mathematica Matlab Minibloq (Entorno gráfico de programación, corre también en OLPC) Isadora (Interactividad audiovisual en tiempo real) Perl Visual Basic .NET VBScript Gambas Esto es posible debido a que Arduino se comunica mediante la transmisión de datos en formato serie que es algo que la mayoría de los lenguajes anteriormente citados soportan. Para los que no soportan el formato serie de forma nativa, es posible utilizar software intermediario que traduzca los mensajes enviados por ambas partes para permitir una comunicación fluida. Es bastante interesante tener la posibilidad de interactuar Arduino mediante esta gran variedad de sistemas y lenguajes puesto que dependiendo de cuales sean las necesidades del problema que vamos a resolver podremos aprovecharnos de la gran compatibilidad de comunicación que ofrece. Lic. En Sistemas Computacionales 301


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Figura 2. Lenguaje de programación Arduino 1.0

3. DESARROLLO TEÓRICO Después de documentarnos sobre el concepto de arduino y algunas de sus funciones procederemos al armado del circuito para el prototipo para hacer funcionar un cubo de leds que encenderán de manera aleatoria.

5.1.

Análisis del problema

Debido a que se no se tiene el conocimiento de cómo funcionan las terminales de arduino con la investigación previa ya hecha se conocerá la manera en que trabaja este dispositivo así como su programación que para este caso es sencilla.

5.2.

Diseño de la solución



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Desarrollo del diseño, partiendo del conocimiento de los valores nominales

Diseño.

con los que trabaja el dispositivo electrónico: arduino y sabiendo que se puede combinar con otros dispositivos electrónicos, se plantea el siguiente bosquejo.

Figura 3. Diseño de la construcción del cubo de leds. . (Fuente: http://electronicavm.files.wordpress.com/2011/07/cubo.png)

Análisis.

Para la construcción del cubo se emplearan 27 leds, nueve resistencias de

220 Ω y tres de 10 kΩ, tres transistores 2N3904 y una plantilla perforada.

Primero se empleara plantilla con agujeros para tener una base para el cubo



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Figura 4. Plantilla para colocar el cubo de leds. . (Fuente: http://electronicavm.files.wordpress.com/2011/07/plantilla.jpg)

Una vez tengamos la plantilla terminada, colocamos un molde para ir soldando cada uno de los leds e ir formando los niveles que constituirán el cubo, la manera de soldar será la siguiente: dentro de forma que queden los cátodos (patilla más corta) hacia adentro del

cubo. Deben quedar los cátodos hacia adentro ya que son éstos los que conectaremos para formar el primer “nivel” del cubo, así que doblamos y conectamos los cátodos de los leds

para que quede un “cátodo común” para todos los leds.

Figura 5. Doblamos los cátodos y nos ayudamos con el molde . (Fuente: http://electronicavm.files.wordpress.com/2011/07/catodos-y-pinzas1.jpg)

Una vez soldados los cátodos retiramos la estructura que queda, y realizamos el mismo paso 3 veces, para obtener 3 estructuras de 9 leds conectados por sus cátodos, que serán los 3 niveles o filas del cubo.



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Figura 6. Estructuras de leds . (Fuente: http://electronicavm.files.wordpress.com/2011/07/estructuras.jpg)

Una vez que tengamos las estructuras de los leds, procedemos a conectarlas entre sí, y para ello utilizando la misma plantilla colocamos una de las estructuras dentro, colocamos otra estructura encima y soldamos los ánodos de los leds esta vez, repitiendo el paso para la última estructura y finalizando el cubo.

Figura 7. Estructuras montadas para soldar los ánodos . (Fuente: http://electronicavm.files.wordpress.com/2011/07/c3a1nodos.jpg)

Y así, finalizamos el cubo, de modo que obtenemos un cubo con 9 patillas donde cada una de ellas corresponde al ánodo de los 3 leds de esa misma columna, y 3 niveles o filas de leds conectados por sus cátodos. Si se observa de un modo informático, es un array bidimensional de leds, tenemos “columnas” y “filas”, y así es como accederemos a cada uno de los leds con Arduino. Lic. En Sistemas Computacionales 301


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Figura 8. Cubo de Leds 3x3x3 . (Fuente: http://electronicavm.files.wordpress.com/2011/07/cubo3x3x3.jpg)

Terminado el cubo procedemos a la conexión con Arduino. Dado que son leds, necesitan de una pequeña resistencia así que conectamos cada uno de los pines del cubo con una resistencia de 220 Ω, a 9 pines digitales del Arduino. Para conectar los cátodos ó los 3 niveles del cubo, debemos utilizar 3 transistores NPN, en este caso se usarán 2N3904, puesto que al conectar los cátodos a 3 pines digitales del Arduino podemos encender el cubo enviando valores lógicos 0 ó LOW, pero cuando queramos apagar el cubo no podemos enviar un valor lógico HIGH, ya que quemaremos los leds, estaríamos aplicando positivo en ambas patillas del led, por lo que no es posible. Así que conectamos cada uno de los 3 niveles al colector de 3 transistores NPN, la base

de los transistores se conectaría a los pines digitales del Arduino, y cada uno de los niveles del cubo. Así utilizamos el transistor en conmutación, de modo que al enviar con Arduino un valor lógico HIGH a uno de los transistores, éste entrará en saturación, “conectando” el colector

con el emisor, de forma que el cátodo se conectaría a tierra como se muestra en la Figura 3. Una vez conectado, declaramos los pines como un array de filas y columnas, esto significa encender unos leds. A continuación se muestra la programación para encender los leds.



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Código fuente 01

int Columnas[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

03

int Filas[] = {12, 11, 10};

04

int RandFila;

05

int RandColumna; // Variable para columna aleatoria

// Variable para fila aleatoria

06 07

void setup()

08

{

09

int contador;

10 11

for (int contador = 0; contador < 10; contador++){

12

pinMode(Columnas[contador], OUTPUT); }

13 14

for (int contador = 0; contador < 4; contador++){

15 16

pinMode(Filas[contador], OUTPUT); } }

17 18

void loop()

19

{

20 21

RandLed(); }

22 23

void RandLed()

24

{

25

RandFila = random(0,3);

26

RandColumna = random(0,9);

27 Lic. En Sistemas Computacionales 301


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digitalWrite(Filas[RandFila], HIGH);

29

digitalWrite(Columnas[RandColumna], HIGH);

30 31

delay(75);

32 33

digitalWrite(Filas[RandFila], LOW);

34

digitalWrite(Columnas[RandColumna], LOW);

35 36

delay(50);

37

}

5.3.

Resultados esperados

En esta práctica se espera que el cubo construido con LEDs encienda de acuerdo a lo programado, como consecuencia de un trabajo bien elaborado. Abriendo paso a una mejor comprensión de Arduino.

7. DESARROLLO EXPERIMENTAL

La metodología del desarrollo de este proyecto a seguir en este proyecto será la siguiente: como primer paso se soldará el cubo conectando las terminales como lo indica el diseño, posteriormente se conectarán los transistores y las resistencias para finalmente conectarlas a la placa arduino como se describió en el diseño de la solución. Finalmente se procederá a programar en el compilador de arduino para que enciendan los leds.

Construcción de los sistemas

7.1.

Materiales necesarios: 

27 Leds



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

9 Resistencias de 220 Ω



3 Resistencias de 10 kΩ



9 pines digitales de arduino



Arduino UNO



Cable



Estaño



Cautín



3 Transistores 2N3904



1 Tabla perforada

El primer pasó en la construcción del cubo que se pretende hacer, en este caso de 3*3*3 leds para su posterior encendido de manera aleatoria siguiendo los siguientes pasos. 1. El primer paso es crear cada cuadrado integrado por 9 leds que formaran el cubo y serán 3 cuadrados unidos de la siguiente manera como se muestra en la imagen. Cada led se une a otro a través del cátodo que es la pata más corta del led y esta es la terminal negativa del mismo formando un cuadrado.

Figura 9. Es esta figura se muestran los terminales de un led . (Fuente: propia)

La manera de unirlos es doblando los cátodos formando un ángulo de 90º con respecto al ánodo de cada led para soldarlos uno a otro con ayuda del estaño y del cautín deben quedar colocados dela siguiente manera.



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Figura 10. Muestra como debe de estar doblado

Figura 11. Se muestra como van unidos los leds

(Fuente: propia)

(Fuente: propia)

2. Una vez que tengamos cada sección de leds procederemos a unirlas una por una de para formar el cubo, uniendo cada ánodo de la sección de arriba con la de debajo de manera que todas las secciones queden unidas en un solo ánodo de manera que solo quede uno ánodo por la fila de tres leds.

Figura 12. Estructura de cada sección de nueve leds (Fuente: http://electronicavm.files.wordpress.com/2011/07/e

Figura 13. Muestra como quedan interconectadas las secciones de los leds (Fuente: propia)

3. Cuando el cubo está terminado, se pasa a soldar una resistencia de 220 Ω en cada terminal del ánodo como lo muestra la imagen.



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Figura 14. Resistencias conectadas a los ánodos resultantes de cada fila

4. Cada resistencia va colocada en una tabla perforada que es similar a un protoboard en la cual se pueden conectar y soldar diversos componentes electrónicos. Para poder alimentar cada sección de leds va conectada a un transistor 2N3904 el cual elevara la intensidad de corriente para el encendido de cada fila de 3 leds ya que la sustentada por las terminales de arduino no es suficiente ya que esta se distribuye en las terminales de arduino. Cada transistor va conectado de la siguiente manera: 

Los emisores van conectados a los niveles del cubo.



La base va conectada a una resistencia de 10 kΩ y esta a su vez a la terminal No. 12 de arduino.



El colector de cada transistor va conectado a la GND de Arduino. *Emisor *Base *Colector

Figura 15. Partes del transistor (Fuente: propia)



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Salidas de 5v (repartida en todas las terminales Tierra

Figura 16. Terminales de salida de arduino UNO (Fuente: propia)

Figura 17. Muestra como quedo finalmente el circuito siguiendo los pasos descritos. (Fuente: propia)



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5.

Una vez que se tiene terminado el circuito con la conexión mostrada en la imagen siguiente se procederá a programar el dispositivo arduino con su compilador facilitado de la página oficial del mismo fabricante www.arduino.cc.

6. Para poder programar arduino en su compilador incluye sus drivers para este caso Windows aquí se describirá como instalar sus controladores. 

Se conectará el dispositivo arduino a la PC a través de su cable USB Windows automáticamente reconocerá el dispositivo pero al no contar con los drivers correspondientes nos abrirá un asistente.

Figura 18. Windows reconociendo al dispositivo arduino (Fuente: propia)



Una vez que Windows ha reconocido al dispositivo solo se seguirán los pasos mismos que incluye para instalar los drivers correspondientes.



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Figura 19. Asistente para nuevo hardware de Windows XP (Fuente: propia) 

Seleccionamos la segunda opción que es instalar desde una ubicación en nuestra PC ya que no contamos con el cd de instalación, presionamos aceptar y siguiente.

Figura 20. Examinador de archivos para los controladores de arduino (Fuente: propia)



Una vez que ya encontramos los controladores le damos en continuar ya que los controladores no están firmados por Windows.



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21

Figura 21. Instalación del controlador correspondiente (Fuente: propia)



Una vez instalados estos ya está disponible para utilizarse con la interfaz de arduino.

Figura 22. Finalización del asistente para hardware (Fuente: propia)

7. Una vez instalados los controladores de arduino procedemos a abrir el compilador de arduino.

Figura 23. Interfaz del compilador arduino (Fuente: propia)



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8. Cuando ha cargado la interfaz lo primero que haremos será probar nuestro arduino con un ejemplo que ya está prestablecido en el compilador nos vamos a File y damos clic en new.

Figura 24. Creación de un nuevo archivo de código (Fuente: propia)

9. Una vez que abrimos un nuevo proyecto para su codificación lo primero que haremos será usar un código prediseñado para poder encender y apagar un led el cual está en file/examples/basic/blick.



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Figura 25. Utilización de código prediseñado por el compilador (Fuente: propia)

El cual nos creará el siguiente código:

Figura 26. Código generado por el compilador (Fuente: propia)

10. Ahora para enviar nuestro código a Arduino lo primero es seleccionar el modelo de nuestro arduino en el menú 24 Tools/board y el modelo es arduino UNO.



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Figura 27. Interfaz donde se muestra la selección del modelo de arduino (Fuente: propia)

11. Después seleccionamos el puerto donde está conectado el arduino en la misma sección para este caso el puerto COM16.

Figura 28. Interfaz de la selección del puerto (Fuente: propia)



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12. Ya seleccionado el modelo y puerto solo enviamos el código con el botón upload indicado en la figura.

Botón Upload

Figura 29. Lugar donde se encuentra el botón upload (Fuente: propia)

En la sección inferior nos aparecerá el mensaje Upload y cuando finalice él envió del código aparecerá el mensaje de done upload y el código ya estará en nuestro arduino. 13. Con el arduino programado se usara como fuente de alimentación el cable USB del mismo con el voltaje de 5 V. Ahora procedemos a conectar un led en las salidas de arduino de la siguiente manera el ánodo a la terminal 12 y el cátodo a la terminal GND que es tierra esto hará que el led encienda y apague cada segundo.

Figura 30. Muestra como están conectadas las terminales del leds (Fuente: propia)



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Figura 31. Cubo conectado con cada uno de los elementos mencionados (Fuente: propia)

14. Una vez probado el código y el funcionamiento correcto de nuestro arduino creamos nuestro código para controlar la secuencia de encendido del cubo de leds que es el siguiente:

int Columnas[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};// arreglo que contiene los números de terminales donde están conectados los leds al ánodo int Filas[] = {12, 11, 10};// arreglo que contiene las terminales 12,11,10 que están conectadas a los transistores int RandFila;

// variable para fila encendido aleatoria

int RandColumna; // variable para columna encendido aleatoria

void setup() // usado inicializar los nodos de los pines {



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int contador; // variable para un numero contenido entre 0 y 10

for (int contador = 0; contador < 10; contador++){ // ciclo para usar el número de pin entre 0 y 10 y que cada ciclo incremente 1 cifra mas pinMode(Columnas[contador], OUTPUT); } // sirve para indicar el número de pin Activo dependiendo el valor de la variable contador para las columnas de leds for (int contador = 0; contador < 4; contador++){ // ciclo para usar el número de pin entre 0 y 4 y que cada ciclo incremente 1 cifra mas pinMode(Filas[contador], OUTPUT); }// sirve para indicar el número de pin Activo dependiendo el valor de la variable contador para las filas de leds y establece el pin como salida }

void loop() // inicia los bucles de manera consecutiva en arduino { RandLed();// nombre de la función para encender y apagar los leds }

void RandLed()// Contiene las acciones que hará esta función { RandFila = random(0,3);// crea valores aleatorios para Fila entre 0 y 3 RandColumna = random(0,9); // crea valores aleatorios para columna entre 0 y 9

digitalWrite(Filas[0], HIGH);// manda voltaje al transistor 1 digitalWrite(Columnas[0], HIGH); // manda voltaje a la columna 1 digitalWrite(Columnas[1], HIGH); digitalWrite(Columnas[2], HIGH); digitalWrite(Columnas[3], HIGH); digitalWrite(Columnas[4], HIGH); digitalWrite(Columnas[5], HIGH);



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digitalWrite(Columnas[6], HIGH); digitalWrite(Columnas[8], HIGH); delay(1000); // intervalo de tiempo de 1 segundo digitalWrite(Filas[0], LOW);// quita el suministro de voltaje en el transistor 1 digitalWrite(Columnas[0], LOW); // quita el suministro de voltaje el led 1 digitalWrite(Columnas[1], LOW); digitalWrite(Columnas[2], LOW); digitalWrite(Columnas[3], LOW); digitalWrite(Columnas[4], LOW); digitalWrite(Columnas[5], LOW); digitalWrite(Columnas[6], LOW); digitalWrite(Columnas[8], LOW);

delay(1000);// intervalo de tiempo de 1 segundo

digitalWrite(Filas[1], HIGH); digitalWrite(Columnas[0], HIGH); digitalWrite(Columnas[1], HIGH); digitalWrite(Columnas[2], HIGH); digitalWrite(Columnas[3], HIGH); digitalWrite(Columnas[5], HIGH); digitalWrite(Columnas[6], HIGH); digitalWrite(Columnas[7], HIGH); digitalWrite(Columnas[8], HIGH); delay(1000); digitalWrite(Filas[1], LOW); digitalWrite(Columnas[0], LOW); digitalWrite(Columnas[1], LOW); digitalWrite(Columnas[2], LOW); digitalWrite(Columnas[3], LOW); digitalWrite(Columnas[5], LOW);



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digitalWrite(Columnas[6], LOW); digitalWrite(Columnas[7], LOW); digitalWrite(Columnas[8], LOW); delay(1000);

digitalWrite(Filas[21], HIGH); digitalWrite(Columnas[3], HIGH); digitalWrite(Columnas[4], HIGH); digitalWrite(Columnas[5], HIGH); delay(1000); digitalWrite(Filas[2], LOW); digitalWrite(Columnas[3], LOW); digitalWrite(Columnas[4], LOW); digitalWrite(Columnas[5], LOW); delay(1000);

digitalWrite( Filas[RandFila], HIGH); digitalWrite(Columnas[RandColumna], HIGH); delay(1000);

digitalWrite( Filas[RandFila], LOW); digitalWrite(Columnas[RandColumna], LOW); }

Definiciones del código: 

El termino INT declara que la variable es de tipo entero.



La función Rand se utiliza para crear valores aleatorios que tienen la siguiente sintaxis:

Rand(min,max) Donde min y max solo los valores numéricos asignados para la creación de estos valores.



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

pinMODE.OUTPUT establece el pin como salida en las terminales



digitalWrite[], HIGH; indica que la terminal esta activa entre los corchetes se indica el número de terminal.



digitalWrite([], LOW); indica que la terminal esta inactiva entre los corchetes se indica el número de terminal.



Delay indica un rango de tiempo definido en microsegundos con la siguiente sintaxis:

Delay(ms); 15. Se envía el código al dispositivo arduino con el modelo y puerto indicados anteriormente y lo enviamos con el botón upload. 16. Ahora con el prototipo terminado y conectado ya con la programación hecha solo se conecta prototipo con el USB para alimentarlo a 5V. y encenderán los leds de manera aleatoria usando el botón RESET que está en arduino podremos reiniciar el ciclo del código al inicio del mismo.

Figura 32. Botón RESET indicando su ubicación (Fuente: propia)

Una captura del prototipo finalizando funcionando así finalizando la construcción del sistema.



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Figura 33. Prototipo funcionando (Fuente: propia)

7.2.

Resultados experimentales

El resultado experimental que se obtuvo del proyecto realizado fue satisfactorio ya que se logro el objetivo el cual era que el cubo de leds encendiera, este resultado se debió a que se comprendió como funciona el dispositivo ele ctrónico “Arduino”; además también se logró programarlo para formar los números tres, cero y uno que juntos forman el numero 301, esto solo para demostrar que se puede lograr cualquier secuencia que se desee cambiando la programación. Se concluye de los resultados experimentales que se han adquirido nuevos conocimientos y demostrado que desarrollamos nuestra capacidad de análisis y comprensión.

Figura 34. Resultado experimental con arduino



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(Fuente: propia)

8. ANÁLISIS DE RESULTADOS Utilizando ARDUINO 1.0 para crear una serie de leds que realizó una iluminación inicialmente como la de las series navideñas para la cual se utilizó el código fuente que se descargo de internet y el compilador de ARDUINO ( Figura 23) haciendo uso de una laptop Sony VAIO con Windows XP. En la siguiente figura se puede apreciar el primer código con el que se programado y descargado a la placa arduino.

Figura 35. Código fuente de la secuencia de una serie navideña. (Fuente: proia)

Después de haber visto el funcionamiento del cubo de leds con esta programación se determino a cambiar la programación que mostrará el número 301, se optó que realizara esa cifra porque es el grupo actual al que pertenecemos siendo significativo para todo el equipo y con el cual este proyecto se identifica.



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A continuación se muestra una parte de la programación ilustrando con imágenes capturadas del nuevo código fuente que se empleo para formar el número 301, cada una de ellas explicada para que se puedan comprender mejor los cambios realizados:

Figura 36. Muestra la declaración de los arreglos y parte de la lógica de programación (Fuente: proia)

Setup () El comando void setup () es llamado una vez al iniciar el programa. Se utiliza para inicializar los modos de PIN, o empezar de serie. Debe incluirse en un programa, incluso si no hay declaraciones a correr.

int Los enteros son el tipo de datos primarios para el almacenamiento de números, sin decimales y almacenar un valor de 16-bits con un rango de -32.768 a 32.767. int someVariable = 1500 // declara 'someVariable' // Como un tipo entero



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.

Figura 37. Muestra la otra parte de la lógica de programación (Fuente: proia)

loop () Después de llamar a void setup() la función void loop () hace precisamente lo que sugiere su nombre, ejecuta los bucles de forma consecutiva, permitiendo que el programa responda a los cambios, y el control de la placa Arduino.



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Figura 38. Muestra la otra parte de la lógica de programación (Fuente: proia)

digitalWrite (pin,value) Productos de alto nivel ya sea lógica o BAJA (se enciende o apaga) a un pin digital especificado. El pin se puede especificar ya sea como una variable o constante (0-13). Comparando los resultados cuando arduino fue conectado mediante el cable USB a una computadora y programado para realizar las dos distintas funciones, primero una serie y posteriormente un número se demuestra que es posible realizar los cambios que se deseen y cuantas veces se requiera. Lo siguiente que se muestra la imagen es el arduino con la placa de leds formando el número mediante la programación que se realizó.



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Figura 39. Imagen que demuestra como el arduino funciona formando el número tres. (Fuente: propia)

Figura 40. Imagen que demuestra como el arduino funciona formando el número cero. (Fuente: propia)

Figura 41. Imagen que demuestra como el arduino funciona formando en número uno. (Fuente: propia)



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CONCLUSIONES Arduino, es una plataforma sencilla, pequeña y fácil de manejar; cuenta con su propio compilador, además de que el lenguaje en que se programa es bastante sencillo; es un hardware open source, por lo que no hay problema en usarlo una y otra vez en cualquier proyecto; tiene 2 alimentaciones de energía, lo cual es bastante práctico; y su costo no es elevado, ya que ronda de los 500 a los 1, 500 pesos de acuerdo a su modelo. Una plataforma altamente recomendable si quieres crear algo innovador. La práctica desarrollada de la construcción de los “cubo de leds 301” sirvió para demostrar el funcionamiento de arduino, fue un arduo trabajo sobre todo porque no se contaba con conocimientos previos de este dispositivo electrónico, pero esto nos permitió conocerlo y darnos cuenta de que en verdad no se requiere un extenso conocimiento de electrónica para poder manipularlo solo es cuestión de que tengas iniciativa. Este fue un pequeño proyecto que probó que si quieres puedes construir tus propios prototipos con la documentación necesaria. Se recomienda que para futuros proyectos que quieras desarrollar, te documentes y aproveches de todos los recursos que tengas a tu alcance para un resultado exitoso como lo fue este proyecto. La única problemática con la que te encuentres quizá sea la falta de ideas nuevas para tus creaciones. Sin embargo, esta poderosa herramienta te brinda alternativas para que lo uses como mejor te convenga y sigas experimentando.



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REFERENCIAS [1]

http://www.arduino.cc/es/

[2]

http://electronicavm.wordpress.com/2011/07/27/cubo-de-leds-3x3x3-conarduino/#more-777

[3]

http://arduino.cc/es/Main/ArduinoBoardDuemilanove

[4]

http://electronicavm.wordpress.com/2011/01/04/arduino/

[5]

http://blog.bricogeek.com/noticias/arduino/

[6]

http://www.steren.com.mx/catalogo/search.asp?s=programador&sugerencia=0&sear ch_type=prod

[7]

Electrónica - Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos, 8E (R.L. Boylestad, L. Nashelsky) (Pearson) (2003) (9789702604365)

[8]

Morton, P. L. et al. (1985). «John Robert Woodyard, Ingeniero eléctrico: Berkeley». Universidad de California.

[9]

Giordano, José Luis El conductor eléctrico (Ley de Ohm) Profísica. Chile [13-52008]



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Informe de la práctica-ARDUINO

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