UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA SUR DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE SISTEMAS COMPUTACIONALES.
PROYECTO FINAL CARRO CONTROLADO POR BLUETOOTH ELECTRÓNICA BÁSICA PRESENTA: EDGAR ALAN ROMERO ESPINOZA PROFESOR: JORGE LUIS CALDERÓN PALAFOX
LA PAZ, BAJA CALIFORNIA SUR NOVIEMBRE 2016
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
4
1.1 ANTECEDENTES …………………………………………………………… 4 1.1.1 HISTORIA DE LA ELECTRÓNICA ………………………………… . 5 1.2 LA RESISTENCIA …………………………………………………………… 5 1.3 CONDENSADORES ………………………………………………………… 6 1.3.1 ¿QUÉ ES CAPACITANCIA? …………………………………… . 6 1.3.2 CLASIFICACIÓN ………………………………………………… . 7 1.3.3 FUNCIONALIDAD EN C.C ……………………………………… 7 ……………………………………………………… …………………………………… ……… 7 1.3.4 USOS …………………………
CAPÍTULO 2. PRÁCTICA NO. 1, ENCENDER LED
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2.1 INTRODUCCIÓN ………………………………………………………… .... 8 2.2 DESARROLLO ……………………………………………………………… 8 2.3 EVIDENCIA ………………………………………………………………… . 10 2.4 CONCLUSIÓN ……………………………………………………………… . 13
CAPÍTULO 3. PRÁCTICA NO. 2, CONDUCTIVIDAD
14
3.1 INTRODUCCIÓN …………………………………………………………… . 14 3.2 DESARROLLO ……………………………………………………………… . 14 3.3 CONCLUSIÓN ……………………………………………………………… . 15
CAPÍTULO 4. PRÁCTICA NO.3, RESISTENCIAS
15
4.1 INTRODUCCIÓN …………………………………………………………… . 15 4.2 DESARROLLO ……………………………………………………………… . 15 4.3 EVIDENCIA …………………………………………………………………… 19 4.4 CONCLUSIÓN ……………………………………………………………… .. 23
CAPÍTULO 5. PRÁCTICA NO. 4, TABLERO AUTOMÓVIL
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5.1 INTRODUCCIÓN …………………………………………………………… . 24 2
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
4
1.1 ANTECEDENTES …………………………………………………………… 4 1.1.1 HISTORIA DE LA ELECTRÓNICA ………………………………… . 5 1.2 LA RESISTENCIA …………………………………………………………… 5 1.3 CONDENSADORES ………………………………………………………… 6 1.3.1 ¿QUÉ ES CAPACITANCIA? …………………………………… . 6 1.3.2 CLASIFICACIÓN ………………………………………………… . 7 1.3.3 FUNCIONALIDAD EN C.C ……………………………………… 7 ……………………………………………………… …………………………………… ……… 7 1.3.4 USOS …………………………
CAPÍTULO 2. PRÁCTICA NO. 1, ENCENDER LED
8
2.1 INTRODUCCIÓN ………………………………………………………… .... 8 2.2 DESARROLLO ……………………………………………………………… 8 2.3 EVIDENCIA ………………………………………………………………… . 10 2.4 CONCLUSIÓN ……………………………………………………………… . 13
CAPÍTULO 3. PRÁCTICA NO. 2, CONDUCTIVIDAD
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3.1 INTRODUCCIÓN …………………………………………………………… . 14 3.2 DESARROLLO ……………………………………………………………… . 14 3.3 CONCLUSIÓN ……………………………………………………………… . 15
CAPÍTULO 4. PRÁCTICA NO.3, RESISTENCIAS
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4.1 INTRODUCCIÓN …………………………………………………………… . 15 4.2 DESARROLLO ……………………………………………………………… . 15 4.3 EVIDENCIA …………………………………………………………………… 19 4.4 CONCLUSIÓN ……………………………………………………………… .. 23
CAPÍTULO 5. PRÁCTICA NO. 4, TABLERO AUTOMÓVIL
24
5.1 INTRODUCCIÓN …………………………………………………………… . 24 2
5.2 DESARROLLO …………………………………………………………… . 24 5.3 CONCLUSIÓN …………………………………………………………… .. 25
CAPÍTULO 6. PRÁCTICA NO. 5, CAPACITORES
25
6.1 INTRODUCCIÓN ………………………………………………………… ... 25 6.2 DESARROLLO ……………………………………………………………… 26 6.3 EVIDENCIA ………………………………………………………………… ..28 6.4 CONCLUSIÓN ……………………………………………………………… .31
CAPÍTULO 7. PROYECTO FINAL, CARRO BLUETOOTH
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7.1 INTRODUCCIÓN ………………………………………………………… ... 33 7.2 JUSTIFICACIÓN …………………………………………………………… . 33 7.3 DESARROLLO ……………………………………………………………… 33 7.4 MATERIALES ……………………………………………………………… ...34 7.4.1 ARDUINO UNO …………………………………………………… .36 7.4.2 MÓDULO BLUETOOTH HC-06 ………………………………… . 37 7.4.3 CIRCUITO INTEGRADO L293D ………………………………… 38 7.5 APP ANDROID PARA CONTROLAR EL CARRO ……………………… 39 7.6 CÓDIGO PARA ARDUINO ARDUINO ………………………………………………… .42 7.7 PUENTE H …………………………………………………………………… 46 7.8 CIRCUITO DEL CARRO ………………………………………………… ....47 7.9 FOTOS ……………………………………………………………………… . 50 7.10
FUENTES
CONCLUSIÓN ………59
60
3
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN En los últimos años, algunas de las carreras más demandantes no solo en nuestro país México, si no en algunas otras partes del mundo es la Ingeniería en Sistemas Computacionales, donde aquí se engloba muchas tales como mecatrónica, electromecánica, desarrollo de software, tecnología computacional, entre otras. Desgraciadamente México, no son de los mejores países donde existe la mejor tecnología, ya que aquí no se producen muchos productos derivados de esta misma, casi siempre nos llegan tales productos de partes del mundo como Estados Unidos, China, Japón por mencionar algunos. Ustedes saben que en estos países mencionados no es que tengan la mejor tecnología, si no que van más adelantados que nosotros, por decir, cuando aquí en nuestro país apenas le están enseñando a los jóvenes de secundaria en adelante las clases de tecnología, en China, Japón los enseñan desde primaria, en años es muy poca la diferencia, pero en conocimiento es enorme. Dejando de un lado esos países, nos enfocamos más al de nosotros, y es que también cabe mencionar que de unos 5 años atrás hacía el presente, se han querido enfocar en enseñarnos estas maravillas, ya que como lo mencioné, ahorita la Innovación Tecnológica es lo que tiene futuro, y es donde aquí entra la famosa Robótica, teniendo los conocimientos necesarios se pueden hacer infinidad de cosas, desde un carro para jugar, hasta máquinas para hospitales o las famosas prótesis, es por esta razón que en carreras enfocadas a las tecnologías, siempre se tiene que empezar por algo que en otras palabras es una introducción a lo que se presentará en el transcurso de los años, en este caso nos enseñan electrónica básica pero, ¿por qué básica?, sencillamente por la razón que es una introducción, se tiene que empezar teniendo en claro que es la electrónica y todo lo que se deriva de ello, todos aquellos componentes electrónicos que aunque son muy pequeños, su funcionalidad y sus usos son enormes. Una situación que desgraciadamente es verdadera y es importante que sepamos, muchas personas utilizan esta herramienta tan valiosa que es la tecnología para hacer cosas malas, como por ejemplo armas más potentes, falsificación de cuentas de banco, robar información de usuarios, por mencionar algunas. Hay que hacer conciencia que, así como es valiosa entonces hay que usarla como tal, para fines buenos solamente.
1.1
ANTECEDENTES 4
Para poder llevar a cabo una realización de algún prototipo de robótica se tienen que tener una serie de conocimientos los principales son hablando de electrónica, qué son las resistencias, los capacitores, un poco de la historia, corriente alterna y directa, sobre las bobinas entre muchas cosas más. Es por esto que desde el inicio del curso tuvimos que aprender todo esto, y gracias a ello poder realizar un proyecto final donde utilizamos algunos componentes.
1.1.1 HISTORIA DE LA ELECTRÓNICA En muchas otras ciencias, no se descubrieron por un solo físico, científico, matemático etc. si no que son unas series de descubrimientos, es el mismo caso de la electrónica, esta se fue descubriendo por pequeños pasos de los cuales el que más sobre sale es el de Alessandro Volta en 1800, un físico italiano el cual consistía en generar electricidad mediante metales diferentes separados por un conductor húmedo. Volta apila 30 discos metálicos separados cada uno por un paño humedecido en agua salada, obteniendo electricidad. A tal dispositivo se le llamó "pila voltaica", de allí se origina el nombre de las "Pilas". A partir de ello siguen una serie de descubrimientos como el de físico y químico danés, Hans C. Oersted en 1820 donde descubrió que alrededor de un conductor por el que circulaba una corriente eléctrica se forma un campo magnético. Años más tardes en 1827 el profesor alemán Georg Simon Ohm publica el resultado de sus experimentos que demuestran la relación entre Voltaje, Corriente y Resistencia. Conocida hoy como Ley de Ohm, la cual es la base para el cálculo de voltaje, resistencia y corriente de cualquier proyecto donde está implicada la electrónica. Así es como, no solo fue una persona quien descubrió todo lo que hasta hoy se sabe, si no fue una serie de personajes que significaron algo importante ya que debido a sus hipótesis eh investigaciones lograron aportar grandes cosas.
1.2
LA RESISTENCIA
Una resistencia eléctrica es la que permite la reducción que tienen los electrones al moverse a través de un conductor. Su unidad de medida es el Ohm representada por la letra griega omega ( Ω), en honor al profesor alemán Georg S. Ohm. De acuerdo con la ley de Ohm, para el cálculo de la resistencia se hace con la siguiente expresión: =
Donde R es la resistencia medida en Ohms, V es la diferencia de potencial en Voltios y I es la intensidad de corriente en ampere.
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Para la asociación de resistencia en serie, para saber la total, se calcula mediante lo siguiente: = 1 + 2 + ⋯ +
y en paralelo es: 1
1 =
1
1 +
2
1 +⋯
Los símbolos de las resistencias son:
Resistencia fija
Resistencia variable
1.3 CONDENSADORES Un condensador, también conocido como capacitor es nada más que un dispositivo electrónico el cual son de diferentes tamaños, capaz de almacenar cantidades de energía en forma de campo eléctrico, es decir almacena cargas en reposo. Su unidad de medida es el Faraday, por el físico inglés Michel Faraday. -Microfaradios (1 mF = 1 x 10-6 F). -Nanofaradios (1hF = 1 x 10-9 F). -Picofaradios (1 rF = 1 x 10-12 F).
1.3.1 ¿QUÉ ES CAPACITANCIA? La capacitancia es la capacidad que tienen los conductores electrónicos de poder admitir cargas cuando son sometidas a un potencial. En un circuito si queremos saber la capacitancia total en una asociación de capacitores en serie y en paralelo, es lo mismo que la resistencia, solamente que lo contrario, esto quiere decir: 6
Capacitores en serie: 1
1 =
1
1 +
2
1 +⋯+
en paralelo lo siguiente: = 1 + 2 + ⋯ +
1.3.2 CLASIFICACIÓN Capacitores fijos: 1.- Capacitores de cerámica. 2.- De lámina o plástico. 3.- De mica. 4.- Poliester. 5.- Electrolítos. Capacitores variables: 1.- Variables giratorios. 2.- Ajustables “trimmer”.
1.3.3 FUNCIONALIDAD EN C.C Se comporta prácticamente como uno ideal, es decir, como un circuito abierto. Esto es así en régimen permanente ya que, en régimen transitorio, esto es, al conectar o desconectar un circuito con condensador, suceden fenómenos eléctricos transitorios que inciden sobre la diferencia de potencial en sus bornes.
1.3.4 USOS En el caso de los filtros de alimentadores de corriente se usan para almacenar la carga, y moderar el voltaje de salida y las fluctuaciones de corriente en la salida rectificada.
También son muy usados en los circuitos que deben conducir corriente alterna, pero no corriente continua.
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Los condensadores electrolíticos pueden tener mucha capacitancia, permitiendo la construcción de filtros de muy baja frecuencia.
Circuitos temporizadores.
Filtros en circuitos de radio y TV.
Fuentes de alimentación.
Arranque de motores.
CAPÍTULO 2. PRÁCTICA NO. 1, ENCENDER LED 2.1 INTRODUCCIÓN En el siguiente trabajo se dará a conocer la elaboración de la primera práctica de electrónica básica llevada a cabo en el laboratorio de la universidad. Esta pequeña práctica, es como el “Hola Mundo” de la electrónica.
La verdad una práctica muy simple, pero la cual a muchos de nosotros ojo no a todos nos llevó un poco de dificultad, ya que algunos vienen en cero de conocimientos de electrónica. Dicha práctica se trabaja de por medio de una fuente de poder, conectada a una protoboard conectar un Diodo Emisor de Luz (LED) y que este prendiera y le cambiar con un potenciómetro la frecuencia.
2.2 DESARROLLO Para elaborar esta pequeña práctica la cual ya saben consistía en conectar un LED a una protoboard, seguir una serie de pasos que más bien dicho se llamará circuito, para que este por medio de una fuente de poder, prendiera, pero a su vez mediante un potenciómetro y un capacitor cambiar la frecuencia de dicho Led. Los materiales que utilizamos fueron los siguientes: Una fuente de poder, ya sea una batería de 9v, 1.4 v, o un cargador de celular. Una protoboard, del tamaño que sea. Un Potenciómetro, ya sea de 1k, 10k, etc, entre mayor sea es mejor. Un Led. Resistencias, en este caso nosotros usamos de 330 ohms. Un capacitor. Cable UTP, o de cualquier conductor de electricidad. Ne555
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Primero fue tener un dibujo o una imagen del circuito que representa lo que haremos, con el cual nos basaremos. Segundo fue poner en la protoboard la fuente de poder, positivo y negativo, y ahí mismo colocar el Ne555. Posteriormente lo que hicimos fue seguir el circuito, mediante la imagen que traíamos, lo cual se nos hizo un poco complicado ya que a la primera no agarro, lo cual fue frustrante. Después seguíamos batallando todavía, porque estaba todo muy bien conectado, fue donde pusimos otro potenciómetro ya que el que traíamos era de 1k y ese no resistía nada, conseguimos uno de 50k y mediante unos ajustes en la protoboard de las resistencias y los puentes, lo pudimos realizar. Para esto nosotros utilizamos un cargador de celular, con un voltaje total de 5.22 v. El circuito con el cual nos basamos fue el siguiente:
Como se puede apreciar en la imagen del circuito, del NS555: el pin 1 está conectado directamente a negativo. pin 2 se debe de puentear al pin 6 del NS555, del pin 3 está conectado un led de lado negativo y ahí mismo de la positiva una resistencia de 330 Ω, el pin 4 va al positivo al igual que el pin 8, 9
del pin 6 está conectado al potenciómetro, y a su vez está conectado al pin 7 y en medio del potenciómetro una resistencia de 330 Ω al positivo. Del pin 6 colocamos otra resistencia de 330 Ω y posteriormente del lado positivo del
capacitor y a negativo.
2.3 EVIDENCIA
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11
12
2.4 CONCLUSIÓN Desde mi punto de vista muy personal, para alguien como yo que no sabe nada de electrónica, se me hizo un poco fácil, ya que al principio no sabría ni que rollo ya que un compañero de mi grupo quería hacer todo el solo y así no sabía, hasta que el no pudo hacerlo funcionarlo como debe de ser, yo tome la iniciativa y al fin se pudo; la verdad me gusta mucho todo lo que tenga que ver con tecnología, de armar aparatos y repararlos, y si así no sé nada de electrónica, espero aprender muchas cosas. Me pareció muy divertida e interesante, porque sinceramente la teoría casi no me gusta, me gusta más el practicar para así aprender, yo sé que sin teoría pues no serviría de nada, pero si me gustaría que si hay clases teóricas fueran más “divertidas” o no sé cómo expresarlo.
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CAPÍTULO 3. PRÁCTICA NO. 2, CONDUCTIVIDAD 3.1 INTRODUCCIÓN Muchos de los materiales que utilizamos en nuestra vida diaria, aunque nosotros no sabemos tienen una gran conductividad, pero algunos de ellos se necesita alguna fuente ya sea calor entre otros para que esto pueda suceder, es el caso de una lámina de lápiz, la cual le aplicamos una fuente de calor (encendedor) y calentamos parte de la lámina y es aquí donde apreciábamos la cantidad de Ohms que había en cada pedazo.
3.2 DESARROLLO Para realizar ésto se requiere de los siguientes materiales: - Un lápiz -Un encendedor -Un cutter - Un voltímetro - Dos caimanes Para elaborarlo seguimos los pasos El principal fue dejar la lámina del lápiz sin la madera de alrededor. Después de pelar el lápiz medimos la longitud y medimos con el voltímetro la cantidad de ohm que hay en temperatura ambiente y en calor. Cabe señalar que se debe hacer tres veces, el lápiz entero, la mitad y en una cuarta parte. Resultados:
-Entero (15.8cm) temperatura ambiente 27.4 ohm caliente 34.5 ohm -La mitad (7.9 cm) temperatura ambiente 12.6 ohm caliente 16.8 ohm -La cuarta parte (3.8 cm) temperatura ambiente 8.7 ohm caliente 9.6 ohm 14
3.3 CONCLUSIÓN Al terminar la práctica, me di cuenta que como es que algo tan sencillo puede llegar a ser algo muy tedioso, ya que al momento de realizarla en primer lugar teníamos que cortar el lápiz con mucho cuidado, ya que entre más delgado se hacía, más fácil era de romperse y así no serviría de mucho, también al momento de medir con el multímetro variaba mucho los números y eso nos hizo muchas dudas.
CAPÍTULO 4. PRÁCTICA NO.3, RESISTENCIAS 4.1 INTRODUCCIÓN Básicamente trato de dar a conocer una pequeña práctica que llevamos a cabo en el Laboratorio de nuestra universidad en la materia de Electrónica Básica, que así rápidamente les digo que consistía que, en una Protoboard colocar tres resistencias de cualquier valor, y hacer dos tipos de circuitos, en Serie y Paralelo, y de ahí calcular la resistencia total, la intensidad de corriente y la potencia. Antes de realizarla debimos saber cómo es un circuito en serie y paralelo, y por lo cual como se calcula la resistencia total de cada uno, lo cual no es tan difícil hacerlo.
4.2 DESARROLLO Como lo mencionamos esto consistía en una protoboard colocar tres resistencias en serie de diferente valor, a su vez conectar a una fuente de energía la protoboard, de ahí medir con un multímetro cada resistencia y así conocer el valor aproximado del voltaje de la fuente de energía.
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Posteriormente mediante algunos cálculos sumamos las resistencias y nos dio la total, de ahí fue conocer por medio de la intensidad de corriente el voltaje de cada resistencia que pasaba por ella, donde nos dimos cuenta que entre mayor es el valor de la resistencia mayor voltaje requiere. Después procedimos a realizar un circuito en paralelo, donde todo marchaba bien, conocimos el valor de la resistencia total, pero al momento de conocer la intensidad de corriente y sacar el voltaje, este nos daba una suma mayor que a la de la fuente de energía, fue donde no supimos cómo resolverlo exactamente, donde le pedimos ayuda al profesor y tampoco nos resolvió. Sin nada más que decir, aquí están los materiales que nosotros llevamos para realizar la práctica. 1. 2. 3. 4.
Protoboard. Tres resistencias (4700Ω, 330Ω y 100Ω)
Una Fuente de poder (Cargador de celular) Multímetro.
Colocamos las tres resistencias, lo cual nos dio los siguientes resultados. Circuito en Serie: Corriente de la Fuente: 5.22 V
100 Ω
4700 Ω
330 Ω
V 2 2 . 5
RT: 4700 Ω+330 Ω + 100 Ω = 5130 Ω ⅈ ̇ =
I= 5.22 v/ 5130 Ω = 0.0010175 A V1= (0.0010175 A) (4700 Ω)
Voltaje de cada resistencia 16
V1= 4.78225 V V2= (0.0010175 A) (100 Ω)
V2= 0.10175 V V3= (0.0010175 A) (330 Ω)
V3= 0.335775 V Potencia Disipada: P1= V*I= (4.78225 v) (0.0010175 A) = 4.8659x10^-03 watts P2= V*I= (0.10175 v) (0.0010175 A) = 1.03530x10^-04 watts P3= V*I= (0.335775 v) (0.0010175 A) = 3.4165X10^-04 watts Circuito en Paralelo:
4700 Ω
330 Ω
100 Ω
5.22 v
A) Calcular resistencia total. 1
1 =
1
1 +
2
1 +
3
RT= 1/ {(1/R 330 ohm) + (1/R 100 ohm) + (1/R 4.7 kilo ohm). = 75.51 ohm B) Corriente. 17
It=V/R It=5.22 v/5130 ohm It= 1.0175x10^-3 A C) Voltaje en cada una de las resistencias. En el caso del circuito paralelo, se dice que la caída de voltaje de cada resistencia es igual a la tensión de la fuente, por lo que: VT= (Vr1=Vr2=Vr3) =5.22 volts D) potencia disipada por R1, R2 y R3. Pr1=V*I1 Pr1= (5.22 v) (15.81x10^-3 A) = 82.52x10^-3 w Pr2=V*I2 Pr2= (5.22 v) (52.2x10^-3 A) = 272.48x 10^-3 w Pr3=V*I3 Pr3= (5.22 v) (1.11x10^-3 A) = 4.86x10^-3 w
18
3.4
EVIDENCIA
ASOCIACIÓN EN PARALELO
19
20
ASOCIACIÓN EN SERIE
21
22
3.4 CONCLUSIÓN Llegamos a la conclusión, que, si no fuera sido por el circuito paralelo, todo hubiera salido a la perfección, pero de esto se trata la ingeniería, en ir comprobando cosas. La verdad hacer los circuitos más en serie, es algo muy sencillo, que cualquier persona que no esté relacionada con la electrónica lo puede realizar. No se me hizo difícil, solo el paralelo al final, pero de ahí todo muy bien, me gusta trabajar así y aprender cosas nuevas.
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CAPÍTULO 5. AUTOMÓVIL
PRÁCTICA
NO.4,
TABLERO
5.1 INTRODUCCIÓN Las resistencias son algo tan importante dentro del circuito de algún proyecto el cual se realiza con mucho voltaje, es la parte fundamental para que mediante los cálculos necesarios sepamos de cuanto exactamente necesitamos la resistencia, y con ellos para que no se quemen los componentes electrónicos que tengamos dentro de. Como sabemos, las asociaciones de las resistencias pueden ser en serie y en paralelo, y cada una se calcula de una forma diferente, pero también hay una tercera asociación, la cual es la mixta, fue la que en este caso la utilizamos, en la simulación del tablero de un carro.
5.2 DESARROLLO Para la realización de este circuito lo que ocupamos son: Fuente de alimentación Protoboard 6 leds (diferente color y mm) 2 interruptores
Este es el circuito que nos dieron de base para llevar a cabo en físico, pero al momento de hacerlo como que no nos pareció, fue que decidimos realizar el circuito en un simulador y lo pondríamos así nos iba a quemar todos los leds, también lo hicimos de otra manera que en los leds que están en serie el amperaje que se 24
repartía en cada uno era tan poco que no se prendían, después de algunas pruebas con el simulador, logramos poder hacer que funcionara como tal, pero con la diferencia que no quemara ningún componente, así que el nuevo circuito quedó así:
Para el problema anterior, fue que necesitamos conectar antes que nada colocar un potenciómetro al principio, al igual que uno en cada led conectado en paralelo, posteriormente una resistencia de 1 kΩ en cada se serie, y así con los
potenciómetros estar jugando hasta que diera el resultado, obviamente sin llegar a cero el principal ya que, si lo bajamos a cero, se provoca un corto circuito.
5.3 CONCLUSIÓN Cuando nos dan algún circuito y este lo tenemos que pasar a físico, siempre hay que hacer pruebas con un simulador antes, porque en muchas ocasiones están mal, y si lo hacemos así puede llegar a ocurrir un corto. Al principio de estar simulando, batallamos un poco, ya que siempre se provocaba un corto, y ya no sabíamos que hacer, pero al final durante tiempo en analizar, llegamos a un resultado, el cual fue el favorable.
CAPÍTULO 6. PRÁCTICA NO.5, CAPACITORES 6.1 INTRODUCCIÓN Los capacitores en ciertos circuitos juegan un papel muy importante, ya que como saben, son capaces de almacenar suficiente energía tanto como para dejar prendido un led por algunos segundos. 25
En esta ocasión lo que se realizará y se presentará, es unos leds parpadeantes o luces preventivas como el de los carros, utilizando dos capacitores y dos transistores.
6.2 DESARROLLO Para poder llevarla a cabo, necesitamos algunos materiales, la mayoría de ellos ya hemos manejado y son muy básicos, entre todos estos se encuentran:
2 transistores del tipo PNP, 2N2907 o 2N3906 2 capacitores de 33 uF 2 leds 2 resistencias de 10 kΩ 2 resistencias de 220 Ω
Una protoboard Una fuente de alimentación
Sin duda alguna, un elemento electrónico que no habíamos utilizado es el transistor PNP, el funcionamiento es, una pequeña corriente circulando desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el emisor hacia el colector. La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo. El transistor tiene tres pines, de los cuales dependiendo el tipo de, el del medio siempre es la base, es ahí donde se conectará la fuente de energía, de ahí los de sus lados son emisor y colector.
Este es el símbolo del transistor del tipo PNP, si se dan cuenta se diferencia porque la flecha que está en el emisor, está apuntando hacia adentro, y en el NPN está hacia afuera.
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Hablando de los capacitores, entre más grande sea su capacidad, mayor será la carga de energía que almacenará, en este caso se ocuparán de 33 microfaradios, ya que como no es un circuito muy grande ni complejo. El circuito que representa esta práctica es el siguiente:
Pasos para las conexiones 1- Coloca dos transistores de tal forma que sus tres terminales queden en columnas diferentes. 2- Coloca un puente de alambre entre el emisor de cada transistor y el positivo del protoboard. 3- Con puentes de alambre color naranja, conecta la base de los transistores al terminal negativo de los condensadores, indicados con flechas negras. 4- Utiliza puentes color amarillo, para conectar los colectores de cada transistor a las r esistencias de 220 Ω (rojo, rojo, café). 5- Con alambres de color verde, une los colectores de cada transistor a los positivos de los condensadores. 6- Une los extremos de las resistencias de 220 Ω que no están conectados, a los ánodos de los leds y a la vez a los colectores. 7- Une los cátodos de los leds a la terminal negativa del protoboard. 8- Finalmente del negativo de los 27
condensadores y de las bases de los transistores, coloca un extremo de cada resistencia de 10 k Ω (café, negro, naranja) y los extremos restantes de las resistencias, al terminal negativo del protoboard.
6.3 EVIDENCIA
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29
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6.4 CONCLUSIÓN Trabajar con capacitores no es nada difícil, de echo es relativamente muy fácil, lo que sí es un poco tedioso es trabajar con capacitores y transistores al mismo tiempo, ya que, como saben los capacitores tienen la capacidad de guardar carga, entonces si no tienes los transistores y resistencias correctas, ocurre el riesgo de que pueda ocurrir un corto circuito. Al igual, hay que verificar que todo esté bien conectado, y que no esté ningún capacitor y resistencia se estén tocando, ya que ocurre el caro que no se prendan los leds y los resultados no serían los favorables.
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CAPÍTULO 7. BLUETOOTH
PROYECTO
FINAL,
CARRO
7.1 INTRODUCCIÓN De algunos años hacia el presente, la tendencia para poder controlar dispositivos electrónicos es el famoso bluetooth, todos hemos escuchado hablar de este mismo. Es una gran ventaja poder tener a nuestra disposición bluetooth, porque cualquier celular lo tiene integrado, o alguna computadora, y eso a su vez tiene la ventaja de que no se ocupa algún tipo de cable para poder transmitir información, pero en sí, ¿sabemos cómo es que funciona?, o ¿nomas información como imágenes, vídeos o música podemos transmitir por medio de este mismo?, pues lo que es seguro es que no, ya que con esta herramienta se puede hacer desde lo antes dicho, hasta controlar un juguete o cosas mayores, todo aquello que usted piensa que no se puede hacer, está equivocado, casi todo se puede realizar. El Carro controlado por Bluetooth es un carro como quien dice a control remoto, pero este se controla desde el celular, por medio de una tarjeta de circuito impreso lo cual se llama Arduino, donde se destaca este por tener que programar la tarjeta para que se coordine con un módulo Bluetooth y este a su vez con un teléfono móvil. El carro cabe aclarar que es como el diseñador prefiere, en este caso, yo lo haré desde una protoboard con dos motorreductores, diseño algo sencillo.
7.2 JUSTIFICACIÓN Un carro que se controla desde una aplicación desde su celular, no es algo muy innovador, pero si es una base importante para proyectos en grandes, porque así se puede llegar a controlar toda tu casa, desde pender los focos, hasta abrir la puerta. ¿Pero por qué hacer un carro que se controle de esa manera?, todo nace desde pequeño, cuando siempre me empezaron a llamar la atención los carros y fue que me empecé a dedicar a ellos, a investigar y hacer de juguete, pero siempre tenía el sueño de construirlos en grande, ya sea por control remoto o por el celular, pero no tenía las bases necesarias para llevar a cabo este mismo. Cuando uno tiene las bases necesarias, se puede llevar a cabo todo esto y hasta lo que usted se imagina.
7.3 DESARROLLO Antes de empezar lo que queremos elaborar, debemos de investigar sobre cada componente electrónico que ocuparemos, claramente después de saber los materiales. 33
Posteriormente al terminar nuestra investigación y tener en claro para que es, debemos de tener el circuito a la mano, para así a partir de ello empezar hacer el montaje sobre la protoboard que es en este caso. Como el carro se quiere que funcione por medio del celular y por el bluetooth, en primer lugar se debe de realizar una interface que en este caso es una app para Android, al igual que empezar a programar en Arduino para así cargar nuestro programa.
7.4 MATERIALES Para un carro bluetooth sencillo, se requieren los siguientes componentes electrónicos:
Protoboard. - Es una especie de tablero con orificios, en la cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para armar circuitos. Como su nombre lo indica, esta tableta sirve para experimentar con circuitos electrónicos, con lo que se asegura el buen funcionamiento del mismo.
Arduino Uno
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Módulo Bluetooth HC-06
Circuito integrado L293D
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Dos motorreductores con llantas. – Los Reductores o Motorreductores son apropiados para el accionamiento de toda clase de máquinas y aparatos de uso industrial, que necesitan reducir su velocidad en una forma segura y eficiente.
Las transmisiones de fuerza por correa, cadena o trenes de engranajes que aún se usan para la reducción de velocidad presentan ciertos inconvenientes.
Cables para protoboard
7.4.1 ARDUINO UNO Compuesto respectivamente por circuitos impresos que integran un microcontrolador y un entorno de desarrollo (IDE), en donde se programa cada placa. Arduino se enfoca en acercar y facilitar el uso de la electrónica y programación de sistemas embebidos en proyectos multidisciplinarios. Toda la plataforma, tanto para sus componentes de hardware como de software, son liberados con licencia de código abierto que permite libertad de acceso a ellos.
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El hardware consiste en una placa de circuito impreso con un microcontrolador, usualmente Atmel AVR, puertos digitales y analógicos de entrada/salida, los cuales pueden conectarse a placas de expansión, que amplían las características de funcionamiento de la placa Arduino. Asimismo, posee un puerto de conexión USB desde donde se puede alimentar la placa y establecer comunicación con el computador. Por otro lado, el software consiste en un entorno de desarrollo, basado en el entorno de Processing y lenguaje de programación basado en Wiring, así como en el cargador de arranque que es ejecutado en la placa.
7.4.2 MÓDULO BLUETOOTH HC-06 Los módulos de bluetooth HC-05 y HC-06 son módulos muy populares para aplicaciones con microcontroladores PIC y Arduino. Se trata de dispositivos relativamente económicos y que habitualmente se venden en un formato que permite insertarlos en un protoboard y cablearlo directamente a cualquier microcontrolador, incluso sin realizar soldaduras.
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El modelo HC-06 dispone de 4 pines, en lugar de los 6 que incluye el modelo HC05, pero hay además importantes diferencias de funcionalidad y de manejo que hace que merezca la pena dedicar una sesión a cada modelo. Básicamente el modelo HC-06 solo puede actuar como esclavo y además dispone de un juego reducido de instrucciones a las que atiende, mientras que el modelo HC-05 puede actuar como master o como Slave y acepta un número mayor de órdenes de configuración. Para la comunicación del módulo y el arduino, está conectado de la siguiente manera:
ARDUINO
0 Recepción (RX) 1 Transmisión (TX) 5V GND
Bl ueto ot h HC- 06
Transmisión (TX) Recepción(RX) VCC GND
7.4.3 CIRCUITO L293D El integrado L293D incluye cuatro circuitos para manejar cargas de potencia media, en especial pequeños motores y cargas inductivas, con la capacidad de controlar corriente hasta 600 mA en cada circuito y una tensión entre 4,5 V a 36 V. Los circuitos individuales se pueden usar de manera independiente para controlar cargas de todo tipo y, en el caso de ser motores, manejar un único sentido de giro. Pero, además cualquiera de estos cuatro circuitos sirve para configurar la mitad de un puente H.
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El integrado permite formar, entonces, dos puentes H completos, con los que se puede realizar el manejo de dos motores. Los pines de dicho integrado, están especificados de la siguiente manera:
7.5 APP ANDROID Como el carro funciona vía Bluetooth y desde el celular se controla, primero debimos de haber creado nuestra aplicación, la cual se realizó en una página online, la cual está muy fácil de usar ya que no es programación en sí, si no es por medio de bloques, la página se es: http://ai2.appinventor.mit.edu/ . App inventor es una plataforma de Google Labs para crear aplicaciones de software para el sistema operativo Android. De forma visual y a partir de un conjunto de herramientas básicas, el usuario puede ir enlazando una serie de bloques para crear la aplicación. El sistema es gratuito y se puede descargar fácilmente de la web. Las aplicaciones fruto de App Inventor están limitadas por su simplicidad, aunque permiten cubrir un gran número de necesidades básicas en un dispositivo móvil. La interface o como otros dicen, la botonera quedó así, una vez que se realizó los ajustes necesarios:
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Esta es la parte de la “presentación”, donde la flecha de adelante lleva la letra “a”, la de la izquierda la letra “b”, el centro la “c”, derecha “d”, y atrás la “e”, el botón
Bluetooth es una ListPicker, y como el medio por donde nos conectaremos el Bluetooth, pues se usa un BluetoothClient. 40
Una vez terminada la “botonera”, procedemos a la parte de bloques, esto como decir la “programación”.
Donde ya terminados todos los bloques queda así:
Para más en claro, los bloques quedaron de esta forma:
When ListPicker, BeforePicking, Cuando se presiona la ListPicker, antes debemos de buscar un elemento, de ahí conectarnos al bluetooth Client.
When ListPicker, AfterPicking, Cuando se presiona la ListPicker, después llamamos al Bluetooth Client, y esperamos una selección.
When Button1 Click, cuando el botón uno es presionado llama al Bluetooth Client para después emitir la señal “a” la cual es para adelante, y así sucesivamente con
los demás botones. 41
Botton 1= letra a= Avanza hacia adelante.
Botton 2= letra b= Avanza hacia la izquieda.
Botton 3= letra c= Se detiene.
Botton 4= letra d= Avanza hacia derecha.
Botton 5= letra e= Reversa.
7.6 CÓDIGO DE ARDUINO Todo lo que se acaba de ver, es referente solo a la App. pero como ustedes saben para que el módulo bluetooth tenga comunicación con el Arduino y este emite la señal para que funcionen los motores, debemos de “programar”, lo cual el algoritmo
fue el siguiente:
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A continuación, el algoritmo: int izqA= 5; // Se conecta al arduino en el pin 5, así con los otros. int izqB= 6; int derA= 9; int derB= 10; int vel= 255; // Velocidad de los motorreductores (0-255) int estado='c'; void setup() { Serial.begin(9600); //Puerto serial para comunicación con el Bluetooth pinMode(derA, OUTPUT); pinMode(derB, OUTPUT); pinMode(izqA, OUTPUT); pinMode(izqB, OUTPUT); } 44
void loop(){ if(Serial.available()>0){ estado = Serial.read(); } if(estado=='a'){ //Botón desplazamiento hacia adelante analogWrite(derB, 0); analogWrite(izqB, 0); analogWrite(derA, vel); analogWrite(izqA, vel); } if(estado=='b'){ //Botón Izquierda analogWrite(derB, 0); analogWrite(izqB, 0); analogWrite(derA, 0); analogWrite(izqA, vel); } if(estado=='c'){ //Botón Stop analogWrite(derB, 0); analogWrite(izqB, 0); analogWrite(derA, 0); analogWrite(izqA, 0); } if(estado=='d'){ //Botón Derecha analogWrite(derB, 0); analogWrite(izqB, 0); analogWrite(izqA, 0); analogWrite(derA, vel); } if(estado=='e'){ // Boton Reversa analogWrite(derA, 0); analogWrite(izqA, 0); analogWrite(derB, vel); analogWrite(izqB, vel); } }
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Primero se declaran las variables que se utilizaran, de ahí, se inicia la comunicación para el módulo bluetooth, la cual el valor es de 9600, y después se desglosan unas series de condiciones, las cuales son muy claras. Hay que tener siempre presente, para cargar nuestro programa al arduino, y ya lo tenemos con las conexiones correspondientes junto con el módulo, antes de hacerlo debemos de tener desconectado recepción y transmisión del arduino, si no, aunque el programa esté compilado y no haya error, si está conectado siempre les marcará error, o cargará, pero no funcionará.
7.7 PUENTE H Un famoso puente H, no es otra cosa más que un circuito electrónico que permite a un motor eléctrico DC girar en ambos sentidos, ¿qué quiere decir esto?, permite el avance y el retroceso, que hablando en un carro es, avanzar hacia adelante y posteriormente por medio de una señal girar hacia atrás en otras palabras reversa. La estructura de un Circuito Puente H es el siguiente:
y estos son los dos estados de un puente h:
En el caso el circuito que cumple con las condiciones es el L293D, el cual es el principal de nuestro carro, porque sin ello no se puede hacer que giren los motores como se desea, aquí el diagrama donde se muestran las conexiones de los motores: 46
Al momento de conectar los motores, el motor estará conectado a los pines 11 y 15 del integrado, y el motor dos a los pines 3 y 6 de este mismo.
7.8 CIRCUITO DEL CARRO El circuito del carro en sí, es simplemente terminar de conectar todos los pines del integrado, en el cual de ellos 4 de esos pines estarán conectados directamente a nuestro arduino, donde es lo principal, ya que si no están estas realizadas no funcionará al momento cuando nos comunicamos con nuestro celular o dispositivo electrónico donde se tenga instalada la app. El circuito todo finalizado es el siguiente:
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No olvidemos que los DC deberán ir conectados del lado contrario, tomando en cuenta que el motor de arriba es el uno y el de abajo el dos, el uno estará en los pines del integrado de donde está el motor dos, y el dos en los pines del motor uno. Eso sería referente solo al puente H, y al arduino, falta colocar el módulo bluetooth, donde quedará de la siguiente manera:
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Esquema del circuito:
Componente 1: Circuito integrado L293D. Componente 2: Módulo Bluetooth. 49
En primer lugar, debemos de colocar el arduino en un lugar de la protoboard, y el módulo Bluetooth en otro. Antes de colocar debemos de puentear toda la protoboard. Del módulo Bluetooth salen tres cables, de donde dice VCC debe de ir al punto positivo y GND al punto negativo. Antes conectar el módulo con el arduino debemos de cargar el programa, ya que si lo cargamos cuando está conectado marcará error y se cargará con errores. TXD debe de ir conectado a RX del arduino, y RXD del módulo al TX del arduino. Colocamos el circuito L293D, de ahí: Pin 1: Punto positivo. Pin 2: Cable al pin 5 del arduino. Pin 3: Punto negativo del motor contrario. Pin 4: Puente al pin 5, y del pin 4 puente al punto negativo. Pin 6: Punto positivo del motor contrario. Pin 7: Cable al pin 6 del arduino. Pin 8: Puente al punto positivo. Pin 9: Puente al punto positivo. Pin 10: Cable al pin 9 del arduino. Pin 11: Punto positivo del motor contrario. Pin 12: Puente al pin 13, y del pin 12, puente al punto negativo. Pin 14: Punto negativo del motor contrario. Pin 15: Cable al pin 10 del arduino. Pin 16: Puente al punto positivo. Por último se debe de vincular nuestro módulo con nuestro dispositivo electrónico, en este caso se vinculó con los números “0000”, si no lo hacen no se podrá tener comunicación entre ambos. Básicamente esas son las conexiones necesarias para la construcción del carro.
7.9 FOTOS Una vez que ya se haya realizado el circuito, y se tenga presente en qué lugar van las conexiones correspondientes, lo que falta es hacer el montaje a nuestra protoboard o base en que se pueda colocar. Es momento de presentar el carro controlado por bluetooth desde una aplicación Android a continuación, estarán.
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La parte de enfrente es donde están colocadas las llantas.
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Arduino uno, cable morado y amarillo, salidas digitales hacia el integrado.
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Conexiones del L293D.
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Screenshots de la aplicación ya antes realizada. Así es la interfaz la cual no es nada de complicado utilizar.
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7.10 CONCLUSIÓN Un carro va desde usos como de diversión, hasta usos más benéficos para las personas, como por ejemplo un carro asistente de compras que dé lugar que te siga como el que ya existe, mejor tú lo vas controlando desde tu celular. Al momento de decidir qué es lo que se quería hacer, se tuvo que mirar varios videos entre muchos que cumpliera unos de los requisitos para un servidor, seguir el sueño de hacer un carro, una vez que se decidió fue primero investigar lo que se ocupaba, posteriormente fue encargar las piezas ya que en la Ciudad de La Paz BCS casi no venden lo necesario. Se esperó unas semanas a que llegará, pero en esos días transcurridos fue que se hizo la programación y la aplicación. Una vez llegadas todos los componentes fue empezar el ensamblado ya que para esas fechas ya se contaba con todos los circuitos necesarios para seguirlos paso a paso. Finalmente se obtuvieron los resultados que se habían planeado. Pero al final, se querían colocar algunos leds también prenderlos desde el celular, pero ahí el resultado no fue el que se quería, ya que a los leds no le llegaba el suficiente voltaje y por lo tanto el amperaje era mínimo y no prendían lo suficiente.
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