Practicas Con Arduin1

PRACTICAS CON ARDUINO

PROLOGO Este libro supone una aventura y una nueva forma de enfocar el material

educativo. En todas las prátias propuestas !emos utili"ado las tar#etas  Arduino y EduBásica$ Ambas plaas son de ba#o oste y de !ard%are libre$ Edu&ásia es una tar#eta dise'ada porr no po noso sotr tros os y omp ompleme lementa ntaria ria a Ardui Arduino no (ue ino inorpor rpor a la mayo r)a de omponentes neesarios para (ue el alumno pueda reali"ar las prátias básias de eletr*nia$ Pretendemos+ por un lado+ optimi"ar los reursos eon*mios eon*mio s y+ por otro+ prourar una valiosa fuente de oneptos didátios atrativos para el alumnado alumnado$$ Estamos se,uros de (ue el material material ofreido a los los alumnos alumnos debe ir ambian ambiando do al i,ual (ue van modimodi-ándos ándose e sus anale analess de omunia omuniai*n i*n y perep perepi*n$ i*n$ El libro en papel ya no es atrayente ofreiendo poas posibilidades de dearrolar una interatuaion a os (ue los alumnus ya se !abituaron$

Este libro ofrese una interfa" on videos+ ima,ines y e#eriios interativos interativos (ue se adaptan a las formas de omuniaion del alumnado$ Se pretende oloar un material al alane de ual(uier persona de auerdo a su onte.t y a la forma de peribir la informaion$ Este es el primer libro i&oo/ de pratias de 01 de la ESO 2alumnus de entre 34 y 35 a'os6 en la asi,natura de tenolo,ias (ue se imaprten a nivel mundial y de auerdo al desarrollo de la tenolo,)a$ El funturo de la eduaion sera en (ue el alumno dispon,a de una 7tablet8 y (ue los libros sean interativos$ No se (uiere parar por alto las ,randes venta#as de este Sistema de publiaion9 el dianmismo$ Se trata de un libro 7:I:O8 (ue puead modi-arse y atuali"arse de auardo al deasarrollo de la tenolo,ia para (ue este no (uede obsoleto$ Con este libro se propone poer el desarrollo tenolo,io al serviio de la eduaion Capitulo I

Arduino es una plataforma de eletr*nia abierta para la reai*n de prototipos basada en soft%are y !ard%are ;e.ibles y fáiles de usar$ En este ap)tulo ofreemos una ,u)a de referenia rápida (ue siempre puede ser ampliada aediendo a la pá,ina o-ial9 %%%$arduino$

Arduino Basics Arduino es una tar#eta eletr*nia (ue inte,ra básiamente a un miroontrolador y un on#unto de pines de one.i*n de entradas y salidas (ue permiten+ mediante un determinado pro,rama+ interaionar on el medio f)sio mediante sensores y atuadores eletr*nios$ De esta forma podrás rear tus propios proyetos tenol*,ios+ dotarlos de sensores (ue deteten ma,nitudes f)sias omo lu"+ alor+ fuer"a+ et$$$ y en base a esa inform informai*n+ ai*n+ esribiendo un pro,rama+ ativar otros dispositivos 2atuadores6 omo pe(ue'as bombillas+ ?u= se puede !aer on Arduino+ al,@n e#emplo

 Realmente el l)mite lo mara tu ima,inai*n pero por dar al,una pista+ podr)as dise'ar un sistema para la apertura y ierre de la puerta de un ,ara#e+ !aer un robot m*vil (ue detete ob#etos o (ue si,a una l)nea ne,ra+ rear un detetor de lu" y osuridad+ implementar un term*metro+ ontrolar un ilindro neumátio+ et$$$ En este manual tienes m@ltiples e#emplos de pe(ue'os proyetos para el aula+ aun(ue Arduino es una !erramienta (ue tambi=n se utili"a en el ámbito profesional para monitori"ai*n de sensores y automati"ai*n a pe(ue'a esala por su ;e.ibilidad+ -abilidad y preio$

>?u= es un miroontrolador Es un iruito inte,rado (ue se puede pro,ramar+ o sea (ue puede e#eutar las *rdenes (ue ten,a almaenadas en su memoria$ Tiene las tres funiones prinipales de un omputador9 la unidad entral de proeso+ memoria y entradas y salidas$ Arduino utili"a la mara ATBE<+ y el modelo de miroontrolador depende del tipo de tar#eta+ por e#emplo la tar#eta Arduino Uno utili"a el miro ATBE< BEA FP$

¿Qué son las entradas y salidas? Mediante los conectores de Arduino correspondientes a las entradas y salidas podemos comunicar nuestros programas con el “mundo exterior”. Si queremos leer el valor de la magnitud fsica medida por un sensor! por e"emplo una #$% que detecta el nivel de luminosidad! lo tendremos que &acer conectando el sensor a uno de los pines de entrada 'en este caso anal(gicas) de la tar"eta. $e esta forma con una simple instrucci(n de lectura en el programa! podremos o*tener el valor de la magnitud fsica. Si nuestra intenci(n es actuar o “&acer “ &acer algo” una ve+ ledo el valor del sensor! por e"emplo encender un #,$ si el sensor de luminosidad detecta oscuridad! tendremos que conectar el actuador 'en este caso el #,$) a un pin de salida que proporcionar- la corriente

necesaria para activarlo. ,n Arduino las entradas pueden ser anal(gicas o digitales y las salidas s(lo digitales. ada pin digital tiene do*le funci(n entrada o salida. ,n la +ona de configuraci(n del programa &ay que indicar explcitamente mediante una instrucci(n cu-l es funci(n desempe/a un determinado pin.

¿$(nde se conectan los sensores a las entradas anal(gicas o digitales? #os sensores utili+ados en los proyectos que vamos a utili+ar son de salida anal(gica! es decir proporcionan una variaci(n de volta"e dentro de un rango 'normalmente de 0 a 123) dependiendo de lo que vare la magnitud fsica medida. Muc&os sensores son resistivos 'lu+! temperatura! &umedad!...)! es decir que varan su resistencia eléctrica con la magnitud fsica! pero mediante un sencillo monta"e de divisor de tensi(n conseguimos una variaci(n de volta"e apta para Arduino. ,stos monta"es los veremos en las pr-cticas del manual. 4na ve+ reali+adas las conexiones! si midiéramos la salida del sensor con un  voltmetro nos dara un valor valor decimal! por e"emplo e"emplo un nivel de lu+ lu+ “intermedio” 'rango de 0 a 23) de un sensor de lu+ podra dar 5!5 voltios. ,ste tipo de informaci(n el microcontrolador no la entiende tal cual! s(lo es capa+ de interpretar n6meros *inarios '“0” ( “7”) por lo que para traducir los valores anal(gicos dispone internamente de un conversor anal(gico 8 digital que &arla conversi(n entre los dos sistemas! de forma que podremos tener valores discretos de la medida de los sensores anal(gicos. ,ntonces! ¿qué utilidad tienen las entradas digitales? #as entradas digitales son 6tiles cuando las se/ales a leer son valores discretos. 9or e"emplo queremos poner un pulsador o un interruptor que encienda un #,$. :acemos un monta"e que cuando se pulse! entren 2 voltios en el pin digital de entrada y cuando no se pulse que “entren” 0 voltios. $e esta manera la lectura del pin digital de entrada ser- “:;<:” con 2 voltios o “#=>” con 0  voltios. ¿Qué son las salidas digitales etiquetadas con 9>M ')?  Son salidas digitales que simulan una salida anal(gica. #as siglas significan Modulaci(n por Anc&o de 9ulso '9ulse >idt& Modulation) o proporcionan una onda cuadrada con un nivel alto '123) de “cierta” duraci(n. ,s muy 6til para

activar servomotores y llevarlos a una posici(n determinada o variar la luminosidad de un #,$. #o puedes ver m-s explicado en la siguiente secci(n@ >Puedo aionar motores DC on Arduino Si son motores muy pe(ue'os s) ser)a posible aun(ue no es reomendable$
¿Cómo se programa Arduino? Para esribir pro,ramas para Arduino se neesita instalar en un ordenador el entorno de pro,ramai*n (ue ontiene un editor+ un ompilador para traduir el pro,rama a len,ua#e interpretable por el miroontrolador y un soft%are de omuniai*n para ar,ar el pro,rama en memoria a trav=s del US&$ Di!o entorno de desarrollo se puede desar,ar desde %%%$arduino$ y tiene el si,uiente aspeto9


a la @ltima instrui*n inlu)da en la funi*n loop26 volverá a e#eutar la primera y ontinuará en un bule in-nito$

¿Arduino tiene que estar conectada continuamente a un ordenador? S*lo es neesario (ue est= onetado al ordenador mediante el US& para ar,ar los pro,ramas o para visuali"ar en tiempo de e#eui*n datos del pro,rama mediante la onsola serie$ El ordenador proporiona la ener,)a el=tria su-iente para (ue funionen los pro,ramas+ pero una ve" ar,ado el pro,rama en la memoria del miroontrolador de Arduino se puede desonetar del US& y alimentar a la tar#eta mediante una fuente e.terna mediante el #a/ de alimentai*n on un mar,en de 24 a H :oltios6$ El pro,rama ar,ado en Arduino (ueda ,rabado permanentemente aun(ue ese el suministro el=trio$

¿Qué o! a aprender con este manua"? Aprenderás a reali"ar pe(ue'os proyetos y prátias uya base de ontrol es la tar#eta Arduino y en al,unos asos la s!ield 7Edubásia8$ EDU&SICA es una tar#eta (ue se oloa sobre arduino y lleva inte,rados mu!os de los omponentes básios para reali"ar las prátias de eletr*nia+ y iertos proyetos tenol*,ios de una manera muy senilla$
Lard%are P"aca Arduino  Arduino puede tomar informai*n del entorno a trav=s de sus pines de entrada de toda una ,ama de sensores y puede afetar a(uello (ue le rodea ontrolando lues+ motores y otros atuadores$ El miroontrolador en la plaa Arduino se pro,rama mediante el len,ua#e de pro,ramai*n Arduino 2basado en Mirin,6 y el entorno de desarrollo Arduino 2basado en Proessin,6$

Entradas ! sa"idas



Entorno de Programación El entorno de Desarrollo Arduino está onstituido por un editor de te.to para esribir el *di,o+ un área de mensa#es+ una onsola de te.to+ una barra de !erramientas on botones para las funiones omunes+ y una serie de men@s$ Permite la one.i*n+ por US&+ on el !ard%are de Arduino para ar,ar los pro,ramas y omuniarse on ellos$ Arduino utili"a para esribir el *di,o fuente o pro,rama de apliai*n lo (ue denomina s/et! 2pro,rama6$ Estos pro,ramas son esritos en el editor de te.to$ E.iste la posibilidad de ortarpe,ar y busarrempla"ar te.to$ En el área de mensa#es se muestra informai*n mientras se ar,an los pro,ramas y tambi=n muestra errores$
Enontraremos otros omandos en los ino men@s 2-,ura 69 Qile+ Edit+ S/et!+ Tools+ Lelp$
Para una mayor informai*n y mane#o de la instalai*n del entorno de pro,ramai*n+ len,ua#e de pro,ramai*n y librer)as se enuentra en la pá,ina %eb de la omunidad Arduino9  %%%$arduino$ 2portal en in,l=s+ más atuali"ada6  %%%$arduino$es 2portal en espa'ol6

Circuitos de "a P"aca
El monta#e sobre la plaa Arduino están onetados en los pines9 pin+ pin0 y pin4$

$%& Entrada digita"

El es(uema del iruito es el si,uiente9

El monta#e en la plaa de Arduino está onetada al pin y el pin (ueda libre on un onetor !embra para utili"arlo omo entrada di,ital o omo salida di,ital$

'%& Entrada ana"ógica El es(uema del iruito9

El monta#e en la plaa Arduino tiene una one.i*n en el pin AH+ para un poteni*metro de 3H  y una resistenia de 3HH o!mios$ En el pin A3 tiene una
(%& #a"ida P)* El es(uema del iruito9

En la plaa Arduino la salida anal*,ia 2PMB6 está en el pin D5$ El funionamiento prátio de la se'al PMB es (ue ativa y desativa el transistor 2orteKsaturai*n6 2orteKsaturai*n6 en per)odos de tiempo (ue podemos ontrolar$ Está ativai*n y desativai*n+ ontrolada por el pro,rama (ue tenemos en la plaa Arduino+ !ae (ue la tensi*n apliada en el motor d vari= y podamos ontrolar la veloidad de ,iro del motor$

Plaa Edubásia montada y onetada a atuadores

PC& de Edubásia 2versi*n 3$36

CAP+,-LO '

Un repaso a la plataforma Arduino+ on las prátias básias (ue neesitarás para omprender los oneptos y avan"ar en el libro$ CONEIONES DIITA
es lo mismo (ue deir (ue ese pin+ o me#or di!o+ lo (ue est= onetado a ese pin estará apa,ado si le asi,namos un 3+ estamos diiendo (ue estará enendido$ Entones+ >Con los 3 pines di,itales de Arduino + podr)amos atuar para ontrolar 3 bombillas Si+ aun(ue Arduino es a@n más potente ya (ue a@n podemos usar los 4 pines anal*,ios tambi=n omo salidas di,itales$ :eamos *mo$

Aprenderás. A operar de manera básia on la tar#eta Arduino$ Reali"arás tu primera prátia+ muy básia+ pero muy ilustrativa de la potenia de esta plaa /ecesitarás. P"aca Arduino LE0 PARPA0EA/,E :amos a ontrolar el enendido y apa,ado de un led onetado al pin3 de Arduino$ >Por (u= el pin3 y no otro Podr)amos !aerlo on otro+ pero el pin3 tiene asoiado un led en la plaa  #usto deba#o de de el y as) nos evitamos tener (ue montar$ montar$ Si pusi=ramos pusi=ramos un pin polari"ado orretamente entre el pin3 y ND tambi=n funionar)a$ El pin3 tiene tambi=n una resistenia (ue !ae posible onetarle un led diretamente+ si !aemos el monta#e on otro pin debemos a'adir esta resistenia de 3Ho!m entre el led y el pin$

A!ora omo se interpreta el pro,rama9 Todo lo (ue está entre las llaves de loop26+ se e#euta inde-nidamente$ inde-nidamente$ As) vemos un efeto de led parpadeante ya (ue si anali"amos las l)neas del *di,o vemos (ue el proeso es9  K Enendemos$ Enendemos$ K Esperamos un se,undo$ K Apa,amos$ K Esperamos un se,undo$ Atrevámonos y ambiemos los tiempos de paradaV

1 #E*23ORO 1 Aprenderás. A operar de manera básia on la tar#eta Arduino$ Arduino$ El uso del omando 7Serial$print8 para depurai*n de pro,ramas$  Neesitarás9 Plaa Arduino$ Bontaremos un semáforo on los tres leds$ Bontar el iruito orrespondient orrespondiente e on una protoboard+ pera a!orra traba#o$ Neesitamos a'adir una resistenia entre el pin y el led+ para evitar (ue el led se funda$ Wa lleva estas resistenias inte,radas por lo (ue podemos ir diretamente al monta#e$ Car,a el pro,rama de la pá,ina si,uiente en Arduino y verás *mo at@a$ Aparee un nuevo omando9 Serial$print$ Este omando nos manda un te.to al puesto serial por el (ue nos omuniamos on Arduino$ De esta manera podemos depurar un pro,rama sabiendo siempre por(ue l)nea está$ Para (ue funione debemos tener en uenta (ue9 Lay (ue iniiali"ar Serial$ Esto se !ae poniendo Serial$be,in2G5HH6 dentro de la rutina de setup$ G5HH se re-ere a la veloidad (ue se omuniará$ omuniará$ Serial$print27...86 Serial$print27...86 esribe lo (ue ponemos entre omillas tal ual$ Serial$print2.6 Serial$print2.6 esribe el valor (ue onten,a la variable .$  Serial$println26 es similar a lo anterior pero despu=s a'ade un salto de l)nea$ Para ver lo (ue nuestro Arduino nos omunia por Serial+ abrimos el monitor Serial (ue tenemos en el pro,rama Arduino$

1 P-L#A0OR 1 Aprenderás. A operar de manera básia on la tar#eta Arduino$ Arduino$ El onepto de pulsador e interatuar on Arduino /ecesitarás. Plaa Arduino$ Lasta a!ora !emos visto omo pro,ramar Arduino para (ue e#eute repetitivamente aiones+ pero este atuaba de manera aut*noma y nosotros s*lo pod)amos observar$ Pero podemos interatuar on Arduino+ por e#emplo+ reali"ando una ai*n uando ativamos un pulsador$ En este e#emplo+ vamos a enender un led uando atuamos sobre el pulsador$ Por senille" usaremos r el monta#e en una protoboard$ El pin  orresponde al pulsador y el pin  al led verde+ solo nos (ueda ar,ar el pro,rama y probar$ Aparee un omando nuevo 7di,italRead2buttonPin68 $ Retorna el valor del pin (ue se !a on-,urado omo entrada y al i,ual (ue en el aso de los pines (ue se on-,uran omo salida+ puede tener dos valores LIL y
El pro,rama será9

Pu""-p 9 Pu""0o:n Aprenderás a. Utili"ar una de las one.iones más utili"adas en los iruitos eletr*nios$ Esto te permitirá onetar a Arduino9 sensores+ interruptores+ y otros elementos e.ternos$ /ecesitarás. Resistenias En los proyetos on dispositivos di,itales+ usando la plaa Arduino+ donde se reiben se'ales de entradas di,itales del e.terior$ Estas se'ales e.ternas sirven para ativar o desativar un iruito+ reibir informai*n del estado de un sensor+$$ et$

Un e#emplo de iruito 7pullKdo%n8 lo tenemos en la plaa Edu&ásia en el pin di,ital D+ preparado para on-,urarlo omo entrada+ tiene onetado un pulsador y una resistenia pulKdo%n$ El es(uema del iruito anterior nos lo muestra$ El funionamiento de este iruito (ue está onetado al pin di,ital D omo entrada es detetar si el pulsador está pulsado o no$ Si el pulsador no está pulsado en Pin+ (ue está onetado a D+ tenemos H: por no pasar orriente entre el pin D y masa$ Por tanto+ orresponde a un nivel ba#o o 7H8 l*,io$ Si el pulsador esta pulsado en el pin D tenemos 4:+ (ue orresponde a un nivel alto o 738 l*,io$  Si en el anterior iruito no se pone la resistenia de 3HY y el pulsador está abierto on el prop*sito de tener un nivel ba#o por(ue no !ay tensi*n+ puede ourrir y de manera aleatoria (ue el pin D lea un nivel alto por al,una interferenia produida por motores el=trios+ bobinas de un rel= u otro dispositivo del proyeto$

Cone=iones Ana"ógicas
no la proporiona un iruito asoiado a di!o sensor en un ran,o de valores de tensi*n ontinua entre H : y 4:$
El onversor AD de la plaa tiene 5 anales on una resolui*n de 3H bits$ Estos bits de resolui*n son los (ue maran la preisi*n en la onversi*n de la se'al anal*,ia a di,ital+ ya (ue uantos más bits ten,a más se apro.ima al valor anal*,io le)do$ En el aso de la plaa Arduino el ran,o de los valores anal*,ios es de H a 4 : y on los 3H bits de resolui*n se puede obtener de H a 3H valores di,itales y se orresponde ada valor binario a 24:3H06 4 m: en el ran,o anal*,io$ En estas ondiiones son su-ientes para !aer mu!os proyetos tenol*,ios$ En el aso de neesitar mayor resolui*n y omo no podemos aumentar el n@mero de bits de onversor AD se puede variar el ran,o anal*,io utili"ando el volta#e de referenia >re $
1 #E@AL P)* 1
tensi*n de 4:$ A ontinuai*n+ variando la durai*n ativa del pulso 2ilo de traba#o6 se obtiene a la salida una se'al ontinua variable desde H: a 4:$ :eamos ,rá-amente la se'al PMB$


1 CO/,ROL 5/,E/#50A0 5L-*5/AC5/ 1 Aprenderás. A Controlar variai*n de la intensidad luminosa de un led+ el ontrol de veloidad de un motor de orriente ontinua+ et$$ /ecesitarás. Plaa Arduino Como e#emplo prátio de la se'al P)* vamos a reali"ar un ontrol de iluminai*n sobre un diodo led$
$K El iruito onetado al pin di,ital D+ utili"ado omo salida PMB+ de esta manera nos va a permitir variar la luminosidad del led$

Como e#emplo prátio de la se6a" P)* vamos a reali"ar un ontrol de iluminai*n sobre un diodo led$
$K El iruito onetado al pin di,ital D+ utili"ado omo salida PMB+ de esta manera nos va a permitir variar la luminosidad del led$

Car,amos el pro,rama e#emplo+ en la plaa Arduino y teniendo aoplada la plaa Edu&ásia o montados los iruitos en una plaa protoboard+ podemos ver su funionamiento$ Para ver su funionamiento ativamos el monitor serie del IDE de pro,ramai*n y variamos el poteni*metro$ El resultado es una variai*n de luminosidad y variai*n de valores en el monitor serie$ El si,uiente ,rá-o es una pantalla del monitor serie on los valores le)dos y el valor apliado a la se'al PMB para variar la luminosidad$

1 CAP+,-LO ( 1
Aprenderás a.  Tomar  Tomar leturas leturas anal*,ias anal*,ias de volta#e on on la tar#eta Edubasia Edubasia mediante mediante la variai*n variai*n del valor de una resistenia el=tria$ Comprobar el efeto (ue produe la variai*n de la resistenia el=tria en los valores de intensidad y volta#e en un iruito$ Reali"ar one.iones en on-,urai*n serie paralelo y omprobar sus diferenias$ Neesitarás9 Plaa Arduino on Edubásia

1 RE#5#,E/C5A# 1 Primer *ontaFe% 5nterruptor

#egundo *ontaFe% Potenciómetro
,ercer *ontaFe% Resistencias en #erie Eli,e uatro resistenias de ual(uier valor para los monta#es en serie pero proura (ue sean de valores muy distintos$ Para ello utili"a la tabla on los *di,os de olores o bien mide los valores diretamente on un pol)metro 2medida de o!mios6$ Car,a el pro,rama y oloa un able en la patilla  anal*,ia y otra a 4:$ Usa la protoboard para interalar+ entre los e.tremos del able+ las resistenias (ue ele,iste y prueba distintas ombinaiones en serie (uitando y poniendo resistenias$ Debes observar (ue la luminosidad del
E#eriio Reali"a el es(uema el=trio e(uivalente al monta#e (ue !as reali"ado$

E#eriio Rellena los valores de la si,uiente tabla on tu monta#e de tres resistenias en serie$ Resistencias en serie Usa el miliamper)metro para medir los valores$

:A
CA\DA DE  TENSI]N

CORRIEN  TE

R  Total  Total Con el e#emplo !as podido omprobar+ (ue la variai*n de resistenia en un iruito var)a las ma,nitudes del mismo$

Cuarto *ontaFe% Resistencias en Para"e"o Este e#eriio es similar al anterior+ puedes usar las mismas resistenias y el mismo pro,rama$ Une a!ora uno de los e.tremos de las resistenias onetadas en paralelo al pin  anal*,io y el otro e.tremo a ^4:$ Prueba a (uitar al,una de las resistenias y obt=n onlusiones de lo (ue ourre$

Resistencias en para"e"o EFercicios 3$ Rellena los valores de la si,uiente tabla on tu monta#e de  resistenias en paralelo$ Usa el multiamperimetro para medir los valores$ :A
CA\DA DE  TENSI]N

CORRIEN  TE

R3 R R  Total  Total

$ Bonta en la plaa de pruebas un iruito mi.to similar al de la ima,en y rellena la tabla on los valores medidos on el mult)metro$ :A
Quinto *ontaFe% -so de" sensor L0R Lasta a!ora !emos traba#ado on resistenias resistenias de valor -#o+ pero e.isten una serie de resistenias (ue var)an se,@n distintos parámetros f)sios a las (ue se les somete omo presi*n+ lu" y temperatura entre otros$ E.iste una ,ran variedad (ue se utili"an para onstruir lo (ue llamamos sensores$ En esta prátia vamos a dise'ar un iruito (ue sea sensible a la lu"$ El ob#etivo será re,ular la intensidad luminosa de un
*apeo de >a"ores En oasiones+ los valores (ue obtenemos de una letura de un pin+ omo un sensor+ pueden estar fuera de una esala determinada+ y tenemos (ue onvertirlos a otro ran,o para poder usarlos$ El valor de salida (ue podemos darle al
#e=to *ontaFe% L0R Eduásica

En este monta#e usaremos la resistenia
1 0iodos 1 Aprenderás a. Entender el funionamiento de un diodo
0iodos

Se,uro (ue !as o)do !ablar de los diodos
Un diodo se die polari"ado diretamente uando su átodo está a un potenial inferior al ánodo$
Estudio de "a cura caracterIstica de un diodo :amos a estudiar la urva IK: de un diodo de tal manera (ue omprobaremos (ue al apliar un ierto volta#e el diodo ondue y no ondue 2estado en orte6 si estamos por deba#o de ese volta#e o diferenia de potenial$ En el aso espe)-o de un diodo
Primer *ontaFe. Regu"ación de "a intensidad "uminosa de un LE0 con Eduásica Se trata de obtener el mismo efeto (ue se onsi,ui* en la prátia orrespondiente al poteni*metro pero utili"ando+ en este aso+ la tar#eta Edubasia$ Por esta ra"*n no se neesitará nin,@n monta#e e.terno$ Se trata de ar,ar el pro,rama indiado a ontinuai*n la plaa Arduino para onse,uir re,ular la luminosidad del
#egundo *ontaFe. Estudio de "a tensión umra" de un diodo LE0 Copia y ar,a este *di,o en tu plaa Arduino9

Coneta la punta de prueba en la patilla H de Analo, In y otro able a masa tal y omo muestra la ima,en$ El si,uiente paso es !aer este monta#e en tu plaa protoboard y usar omo alimentai*n los dos ables (ue pusimos en Arduino$ Bira omo (ueda$$$

Abre el Bonitor serial de Arduino y verás el volta#e (ue está ofreiendo Arduino al monta#e (ue !as !e!o$ Bueve el poteni*metro y verás (ue el valor va ambiando$ ambiando$ Intenta averi,uar uál es la tensi*n umbral a partir del ual tu led empie"a a emitir lu"$ Nota9 iniialmente iniialmente la orriente puede ser muy ba#a por lo (ue debes -#arte bien uando empie"a a iluminarse$

1 Condensadores 1 Aprenderás a. Conoer el funionamiento de un ondensador y su simbolo,)a /ecesitarás. Plaa Arduino on Edubásia Plaa protoboard • •

• • • •

  ables para ableado en protoboard 3 diodo
Dos ondutores uales(uiera separados por un aislante onstituye un ondensador $ En asi todas las apliaiones prátias ada ondutor se enuentra iniialmente desar,ado y al onetarlos a una bater)a+ mediante transferenia de ar,a de la bater)a a los ondutores+ van ad(uiriendo una ierta ar,a 2di!o proeso se denomina ar,a del ondensador6$ En todo momento+ ambos ondutores tienen i,ual ar,a pero de si,no opuesto de tal forma (ue entre ambos ondutores e.iste un ampo el=trio y por tanto una diferenia de potenial (ue se opone a la e.terna responsable de su ar,a$ El proeso de ar,a del ondensador se detiene uando la diferenia de potenial entre los ondutores del mismo se i,uala a la de la bater)a$

Lay (ue resaltar (ue aun(ue ada plaa se enuentra ar,ada+ la ar,a neta del ondensador si,ue siendo nula+ puesto (ue la ar,a de ada ondutor es i,ual a la del otro pero on si,no ontrario$ Es por ello (ue uando se die (ue un ondutor tiene una ar,a ? realmente lo (ue se está diiendo es (ue tiene una ar,a ^? en el ondutor (ue se enuentra a mayor potenial y una ar,a  ? en el ondutor a menor potenial 2supuesto ? positiva6$

Primer montaFe.

0escarga de un condensador

La" el si,uiente monta#e sobre la protoboard$ Como fuente de alimentai*n puedes usar los 4: (ue te ofree la Edu&asia a trav=s de sus lemas$

Car,a el si,uiente pro,rama$

Con el onmutador errado el ondensador se ar,a+ teniendo una tensi*n de 4:+ y la letura en la entrada A4 es de 4: y en el monitor serie de 3H$ El diodo
1 ,RA/#5#,ORE# 1 Aprenderás 3$ Conoer las apliaiones de un transistor y funionamiento omo onmutador y ampli-ador$ $ Reali"ar one.iones orretamente$ /ecesitarás 3$ Arduino $ Edu&ásia $ cue,o de resistenias

Ciertos dispositivos tenol*,ios neesitan una orriente el=tria mayor (ue la (ue

proporiona la plaa Edu&ásia y para ello se utili"a el transistor$ El transistor es sin duda el omponente eletr*nio más importante$ Está formado por  apas de material semiondutor+ ada una on un terminal metálio para poder onetarlo a los iruitos$
APL5CAC5/ PR2C,5CA 5 El transistor permite aportar mayor orriente el=tria a los motores el=trios y bobina de los rel=s a partir de una orriente pe(ue'a (ue sale de la plaa Edu&ásia+ es deir+ at@a omo ampli-ador de orriente$ En esta prátia el transistor va a atuar omo ampli-ador de orriente+ para ello se va a reali"ar el si,uiente monta#e9

El funionamiento de este iruito es el si,uiente9 a partir de poteni*metro (ue tenemos en la plaa Edu&ásia ontrolamos la salida PMB del pin D5 variando la tensi*n apliada a la resistenia de base Rb$

Se mide la tensi*n en los terminales de Rb 2(ue está en la plaa6 y R 2(ue !ay (ue montar en un protoboard6 ompletando la si,uiente tabla$ :Rb H H+H4 H+3 H+34 H+ H+4 H+ H+4 H+0 H+04 H+4 :R I& IC Se var)a el poteni*metro de la plaa Edu&ásia pro,resivamente para onse,uir las tensiones en la resistenia de base (ue -,uran en la si,uiente tabla$ Anota en la misma las tensiones en la resistenia de oletor (ue !as medido en ada uno de los puntos y alula mediante la ley de o!m las orrientes de base y de oletor (ue les orresponde en ada aso$

Una ve" obtenidos todos los valores llevarlos a una ,rá-a y tra"ar la urva arater)stia IC [ f2I&6$


APL5CAC5/ PR2C,5CA 55 REC,A 0E CARGA 0EL ,RA/#5#,OR Se trata de omprobar de forma prátia el efeto de ampli-ai*n de orriente de un transistor+ as) omo de determinar su punto de traba#o para un determinada orriente de base y la reta de ar,a$ El iruito es el mismo (ue la prátia anterior$
Para dibu#ar esta reta sobre la urva arater)stia determinaremos primero sus e.tremos 2IC [ H y :CE [ H69

Se reali"a los álulos te*rios y dibu#a la reta de ar,a en la si,uiente ,rá-a9

Bediante un pol)metro se miden los valores de las ma,nitudes y se anotan en la si,uiente tabla9 Enendid :&E :CE :R& :RC IC I&  o del
1 CAP+,-LO 7 1 ELEC,R/5CA 05G5,AL 05G5,AL Entendemos por eletr*nia di,ital+ la (ue se enar,a de sistemas eletr*nios en los (ue s*lo e.isten  valores o estados9 verdaderofalso+ H3$ En este ap)tulo traba#aremos los oneptos prinipales del l,ebra de &oole y de las puertas l*,ias (ue utili"aremos para dise'ar iruitos$ Utili"aremos Arduino y la plaa Edu&ásia$

Aprenderás Conoer las propiedades del l,ebra de &oole$ Operar on variables binarias$ /ecesitarás Una plaa Arduino

Conceptos.

1 2LGEBRA 0E BOOLE 1

*agnitudes ana"ógicas. Tienen un n@mero in-nito de valores+ por e#emplo+ todas las ma,nitudes f)sias omo temperatura+ veloidad+ eletriidad+ tiempo+ et 

*agnitudes digita"es. Consideraremos se'ales di,itales binarias (ue son las (ue s*lo toman dos valores disretos9 el uno o el ero$ Representarán estados 7ativados8 o 7desativados8$

2"geras

Para poder traba#ar on datos binarios+ el matemátio in,l=s eor,e &oole 23F34K3F506 re* una estrutura al,ebraia (ue onsta @niamente de  elementos 2bits6$ Una ál,ebra (ue se,uro onoes y utili"as a diario es el ál,ebra elemental+ basado en la aritm=tia deimal (ue onsta de 3H elementos 2n@meros6+ operaiones 2suma+ resta+ $$$$6 y propiedades 2onmutativa$$$6$  Toda  Toda ál,ebra onsta de esos esos  apartados9 apartados9 elementos+ elementos+ operaiones y propiedades$ propiedades$ El ál,ebra de boole omprende9 Z Elementos9 H y 3 Z Operaiones9 multipliai*n+ suma+ ne,ai*n ZPropiedades9 onmutativa+ asoiativa+ distributiva+ elemento ne,ado$ A los elementos de un iruito el=trio se pueden asoiar estados de 738 * 7H8 si están enendidos o apa,ados y errados 2onetados6 2onetados6 o abiertos 2desonetados6 2desonetados6 respetivamente$ E#eriio9  Todo  Todo lo (ue e.presamos e.presamos en len,ua#e len,ua#e om@n puede puede ser e.presado e.presado en len,ua#e al,ebraio$ al,ebraio$ Rellena la si,uiente tabla9
EFercicioK

India el nombre de ada elemento del iruito y (u= valor binario orresponde a ada uno 2738 * 7H86$ NOB&RE ESTAD O 3 

 0 4 5  F G

Primer *ontaFe :amos a simular dos entradas l*,ias 2738 * 7H86 on dos pulsadores+ 2pueden ser onmutadores6$ En este e#emplo usaremos la funi*n AND de manera (ue+ se,@n el estado de las  entradas+ obtendremos una se'al de salida 2738 * 7H86 onforme a la tabla de verdad de la operai*n$ Si te animas puedes montar el iruito t@ mismo en una protoboard si,uiendo este es(uema9



& EFercicio &

Repite el e#eriio pro,ramando pro,ramando el funionamiento de las puertas OR+ NOT+ NAND y NOR

1 5mp"ementación de 3unciones Lógicas 1 Aprenderás. Implementar funiones l*,ias sobre Arduino$

/ecesitarásK Arduino Edu&ásia Servo
3unciones Lógicas.

Uno de los aspetos (ue !aen sumamente interesantes a los iruitos di,itales+ es el de automati"ar tareas y onentrar el funionamiento de otros iruitos eletr*nios en un @nio o varios !ips$ Esto permite tener dispositivos de ontrol para ual(uier tarea espe)-a (ue podamos ima,inar+ desde el ontrol de alarmas+ robots+ entralitas+ dom*tia+ et$$$

En este apartado vamos a reali"ar una prátia implementando un iruito para ontrol automátio$

3ormas Canónicas Pasos para implementar funiones l*,ias9 3$ Iden Identi ti- -ar ar sus sus v var aria iabl bles es de entr entrad ada a 2no 2norm rmal alme ment nte e ele eleme ment ntos os de ma mani niob obra ra omo omo interruptores+ sensores$$$6 y las funiones de salida 2(ue serán los elementos del iruito (ue (ueremos ontrolar+ omo una lu" de alarma o el ,iro de un motor6$

$

El si, si,ui uien ente te pas paso o es est estab able lee err la tabl tabla a de ver verda dad+ d+ (ue (ue rep reprres esen enta ta tod todos os llos os val valor ores es (ue puede tomar una funi*n se,@n los valores de las variables de entrada$

$

Obte Obtene nemo moss la la pri prime mera ra for forma a an* n*ni nia a 2en 2en ade adela lant nte e QC3 QC3 (ue (ue repr epres esen enta ta la suma suma de produtos o tambi=n llamados minit=rminos6 para esa funi*n de manera (ue representamos todas las ombinaiones de la tabla de verdad en las (ue la funi*n de salida está a 3$ Para ello tomamos ada -la 2o ombinai*n6 de la tabla de verdad uyo valor es uno y multipliamos las variables de entrada entre ellas$
0$ Por @ltimo se,@n la QC3+ usando puertas l*,ias dise'amos el iruito$

Primer montaFe. E" e"eador  Tenemos  Tenemos un elevador elevador neumátio neumátio (ue se puede puede ontrolar ontrolar desde  !abitaiones !abitaiones onti,uas onti,uas del taller$ Para (ue el elevador funione debe estar aionado ual(uiera de los  pulsadores e.istentes+ pero por se,uridad no funionará si dos operarios la aionan simultáneamente$ Identificar las variables de entrada y función de salida: Entradas9 A9 un pulsador &9 un pulsador Salida o valor de la funi*n9 Botor (ue aiona el ompresor del elevador$

gTabla de :erdad9

gQuni*n Can*nia9 B2QC36 [ h g & ^ A g  • • • • •

Puertas <*,ias9 Neesitamos9  puertas NOT  puertas AND 3 puerta OR

#egundo montaFe. A"arma en iienda% raias a la l*,ia pro,ramable podemos pro,ramar alarmas muy omple#as y mu!o más e-ientes (ue las alarmas onvenionales$
En esta prátia y s*lo omo e#emplo vamos a suponer al,unas osas (ue+ si bien no tienen por (u= a#ustarse a la realidad+ s) (ue sirven omo e#emplo para mostrar y dar a entender las posibilidades de la alarma$ puerta+ enender la lu" y errar la puerta$

Partimos de "as siguientes premisas  9 3$

El ladr ladr*n *n pue puede de entr entrar ar s*lo s*lo por por la la v ven enta tana na o por por la puer puerta ta$$ Q)# Q)#at ate e en las las p pue uert rtas as y ventanas de los omerios de tu loalidad$ Se,uro (ue !as visto más de uno$

$

Como la vent Como ventan ana a de de la la as asa a da da a una una al alle le prin prini ipa pall muy muy tran transi sita tada da el ladr ladr*n *n no intentará entrar nuna por la ventana uando sea de d)a$ $
Abre la ventana del 7monitor serial8 y prueba a ativar los pulsadores$ :erás (ue uando están ativos el valor obtenido es 3 y uando están desativados su valor es H$ Comprueba (u= interruptor se orresponde on la ventana y ual on la puerta$ Tapa a!ora el
E#eriio9

Como omprobarás una ve" (ue la alarma se ativa permanee en ese estado$ Para desativarla debes reiniiar la plaa (uitándole la alimentai*n$ Piensa en una solui*n para poder desativar la alarma+ por e#emplo abriendo la ventana y la puerta a la ve"$

Ampliai*n9 Usamos Edu&ásia por(ue dispone de elementos !ard%are ya instalados+ omo
1 CAP+,-LO  1

 TECNO
O/0A#% Una onda es una se'al (ue se propa,a por un medio$ Por e#emplo el sonido+ (ue es una onda meánia (ue via#a usando el aire o ual(uier otro material$ Pero en el aso de las se'ales el=trias pueden ser enviadas por el able o a trav=s del va)o 2no neesitan un medio para transmitirse6$ Dependen de  parámetros prinipalmente9

Amp"itud. altura má.ima de la onda$ Lablando de sonido representar)a representar)a el volumen$ Si nos referimos a una onda el=tria estar)amos representando normalmente el volta#e$

Longitud de onda. distania entre el primer y @ltimo punto de un ilo de la onda 2(ue normalmente se repite en el tiempo6$ 3recuencia.  N@mero de vees (ue la onda repite su ilo en 3 se,undo$ 2Se mide en !ert"ios6$ 2El periodo es otro parámetro+ pero simplemente es la inversa de la freuenia6$ Dentro del espetro eletromá,n=tio enontramos diferentes tipos de se'ales dependiendo de las arater)stias de su onda$

B"uetoot ,ransmisión ina"ámrica Es un protoolo de omuniaiones$ Se re* por varias empresas omeriales 2Erisson+ I&B+ Intel+ Tos!iba y No/ia6 sobre 3GGF$ El ob#etivo era sustituir los ables para transmitir datos de un tel=fono m*vil al ordenador$

Loy en d)a+ este ,rupo está formado por miles de empresas y se utili"a no s*lo para tel=fonos sino para ientos de dispositivos$ dispositivos$ Su urioso nombre viene de un anti,uo rey Norue,o y Dan=s+ y su s)mbolo+ de las anti,uas runas (ue representan ese mismo nombre$ &luetoot! es una red inalámbria de orto alane pensada para onetar pares de dispositivos y rear una pe(ue'a red punto a punto+ 2s*lo  dispositivos6$ Utili"a una parte del espetro eletroma,n=tio llamado 7&anda ISB8+ reservado para -nes no omeriales de la industria+ área ient)-a y mediina$ Dentro de esta banda tambi=n se enuentran todas las redes MIQI (ue usamos a diario$ En onreto funionan a +0L"$ Investi,ue9 >Cuantos ilos por se,undo tendrán las ondas (ue están en la &anda ISB >Cuál es el periodo de esas ondas

Lay  lases de bluetoot! (ue nos indian la má.ima potenia a la (ue emiten y por tanto la distania má.ima (ue podrán alan"ar9 C
:eloida d 3Bbps Bbps 0Bbps 0Bbps

Reuerda (ue9 Bbps 9 Be,a &its por se,undo B&ps9 Be,a &ytes por se,undo EcERCICIO >A (u= distania y uánto tiempo tardar)an en enviarse los si,uientes ar!ivos por bluetoot! jUn v)deo de Bb usando versi*n  lase  jUna ima,en de $4Bb usando versi*n  lase 3 jUn ar!ivo de te.to de 0H& usando versi*n 3 lase 3

B"uetoot ! Arduino

:amos a utili"ar en estos e#emplos un m*dulo eslavo de bluetoot! cWKBCU muy om@n y eon*mio$ Al ser eslavo+ está on-,urado para onetarse a un maestro y reibir *rdenes de =l$ Como ya sabrás los dispositivos de este tipo tienen (ue 7empare#arse8 7empare#arse8 y tienen (ue ompartir una ontrase'a para (ue los datos puedan interambiarse$ interambiarse$ Por defeto+ estos m*dulos tienen la ontrase'a 30+ aun(ue tanto esto omo el nombre+ nombre+ pueden ser atuali"ados mediante unos omandos espeiales+ llamados AT y (ue veremos un poo más adelante$ Arduino tiene  pines (ue permiten enviar y transmitir datos serie 2uno datos tras otro6$


El m*dulo bluetoot! tiene 0 patillas$  para la alimentai*n y  para la omuniai*n$ Es BUW IBPORTANTE onetar de manera orreta estos pines on Arduino para la orreta omuniai*n$ omuniai*n$
Aun(ue el m*dulo funiona a $v+ normalmente las plaas omeriales+ 2omo la (ue estamos usando6+ llevan un re,ulador y las podemos onetar diretamente a los 4v de arduino$

NOTA9  Ten  Ten en uenta (ue (ue estamos usando usando los  mismos pines pines (ue arduino arduino usa para para la omuniai*n omuniai*n US& on el ordenador 2H+ 36+ as) (ue siempre (ue (uieras usar el able para pasar el *di,o o para leer datos desde el monitor+ el bluetoot! deberá estar DESCONECTADO$ CONQIURACI]N DE< B]DU
Pero si (uieres modi-ar osas omo la veloidad de one.i*n+ el nombre o la ontrase'a de tu m*dulo+ a(u) te de#amos un *di,o para (ue subas a tu arduino y mediante el monitor serie lo on-,ures$ Para ello !emos reado un nuevo puerto serie para (ue no inter-era on el US& y podamos usarlo simultáneamente+ lo !aremos en las patillas 3H y 33$ Deberás onetar el m*dulo omo ves en la -,ura+ y lue,o ar,ar el *di,o$ Una ve" s@bido+ abre la onsola serie y 2EN BAWSCU
B"uetoot *aestro :amos a !aer una espeial meni*n a este tipo de m*dulos$ Lemos omentado (ue las redes bluetoot! se rean entre  dispositivos$ Normalmente uno emite y el otro reibe+ pero puede darse (ue los dos emitan y reiban$ Para esto el m*dulo tiene (ue ser apa" de poder ambiar de modo master a slave$ No todos los &T permiten !aer esto$ Si ompramos al,@n m*dulo eon*mio para arduino+ se,uramente estaremos omprando un m*dulo S
En LCKH59 AT^NABE[nombre En LCKH49 AT^NABE[nombre El datas!eet india (ue por defeto vienen on el modo CBODE[3 2para onetarse onetarse a ual(uier eslavo disponible6+ sin embar,o !ay (ue omporbarlo 2AT^CBODE6 por si tienen el CBODE[H por lo (ue se intenta onetar al @ltimo empare#ado+ empare#ado+ 2en este aso no se empare#ar)a on nin,@n eslavo6+ as) (ue !ay (ue ambiar el CBODE on AT^CBODE[36 Puedes utili"ar el *di,o de la sei*n anterior para on-,urar el m*dulo master$

,e"éonoMArduinoMB"uetoot
PR2C,5CA.  :amos a rear un mosaio de leds (ue se vayan enendiendo se,@n se lo indi(uemos desde el m*vil$
El ob#etivo es (ue se,@n la tela (ue presionemos en la apliai*n 7&lueterm8+ se enenderá el led orrespondiente9 2arriba+ aba#o+ i"(uierda+ dere!a y entro6$ Además si pulsamos al,uno de los botones laterales+ los leds deberán reali"ar una animai*n de todos los leds9 a9 Enendido de los leds en sentido !orario b9 Enendido Enendido de los leds en sentido sentido anti!orario anti!orario 9 Enendido intermitente de los leds e.teriores y el interior d9 Enendido intermitente de todos los leds IN:ENTA BS ANIBACIONES PARA INC
Para simpli-ar el *di,o+ !emos reado funiones para e#eutar ada una de las animaiones+ estas funiones están al -nal del pro,rama$