ARDUINO

¿Qué es Arduino?
Arduino es una plataforma electrónica de código abierto basada en hardware y software fáciles de usar. Las placas Arduino pueden leer entradas (luz en un sensor, un dedo en un botón o un mensaje de Twitter) y convertirlo en una salida, activando un motor, encendiendo un LED, publicando algo en línea. Puede decirle a su tablero qué hacer enviando un conjunto de instrucciones al microcontrolador en el tablero. Para hacerlo, utiliza el lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring ) y el Software Arduino (IDE), basado en Processing.
El hardware de Arduino consiste en una placa con un microcontrolador generalmente Atmel AVR con puertos de comunicación y puertos de entrada/salida. Los microcontroladores más usados en las plataformas Arduino son el Atmega168, Atmega328, Atmega1280, ATmega8 por su sencillez, pero se está ampliando a microcontroladores Atmel con arquitectura ARM de 32 bits y también a microcontroladores de Intel.
Por otro lado Arduino nos proporciona un software consistente en un entorno de desarrollo (IDE) que implementa el lenguaje de programación de arduino, las herramientas para transferir el firmware al microcontrolador y el bootloader ejecutado en la placa. La principal característica del software y del lenguaje de programación es su sencillez y facilidad de uso.
Arduino promete ser una forma sencilla de realizar proyectos interactivos para cualquier persona. Para alguien que quiere hacer un proyecto, el proceso pasa por descargarnos e instalar el IDE buscar un poco por internet y simplemente hacer “corta y pega” del código que nos interese y cargarlo en nuestro HW. Luego hacer los cableados correspondientes con los periféricos y ya tenemos interaccionando el software con el Hardware. Todo ello con una inversión económica mínima: el coste del Arduino y los periféricos.
 
¿Cuáles son las partes que componen una tarjeta Arduino UNO?
Existen múltiples variantes del Arduino. En este caso, usaremos el Arduino UNO que es el más común.
Potencia - USB (1) / Conector de Adaptador (2)
Cada placa Arduino necesita una forma de estar alimentado electricamente. Esta puede ser alimentado desde un cable USB que viene de su ordenador o un cable de corriente eléctrica con su respectivo adaptador. La conexión USB es también cómo va a cargar código en su placa Arduino.
NO utilice una fuente de alimentación superior a 20 voltios, ya que se puede dañar la placa Arduino. La tensión recomendada para la mayoría de los modelos de Arduino es de entre 6 y 12 voltios.
Pines (5V, 3.3V, GND, Analog, Digital, PWM, AREF)
Los pines en la placa Arduino es donde se conectan los cables de un circuito. El Arduino tiene varios tipos diferentes de entradas, cada uno de las cuales está marcado en el tablero y utilizan para diferentes funciones:
• GND (3): Abreviatura de "tierra" (en Ingles). Hay varios pines GND en el Arduino, cualquiera de los cuales pueden ser utilizados para conectar a tierra el circuito.
• 5V (4) y 3.3V (5): Son los suministros pin 5V 5 voltios de energía, y los suministros de pin 3.3V 3.3 voltios de potencia.
• Analógico (6): El área de pines en el marco del 'analógica' etiqueta (A0 a A5) son analógicas. Estos pines pueden leer la señal de un sensor analógico (como un sensor de temperatura) y convertirlo en un valor digital que podemos leer.
• Digital (7): Son los pines digitales (del 0 al 13). Estos pines se pueden utilizar tanto para la entrada digital (como decir, si se oprime un botón) y salida digital (como encender un LED).
• PWM (8): Usted puede haber notado la tilde (~) al lado de algunos de los pines digitales (3, 5, 6, 9, 10 y 11). Estos pines actúan como pines digitales normales, pero también se pueden usar para algo llamado Modulación por ancho de pulsos (PWM, por sus siglas en Ingles).
• AREF (9): Soportes de referencia analógica. La mayoría de las veces se puede dejar este pin solo. A veces se utiliza para establecer una tensión de referencia externa (entre 0 y 5 voltios) como el límite superior para los pines de entrada analógica.
Botón de reinicio (10)
Empujando este botón se conectará temporalmente el pin de reset a tierra y reinicie cualquier código que se carga en el Arduino. Esto puede ser muy útil si el código no se repite, pero quiere probarlo varias veces.
Indicador LED de alimentación (11)
Este LED debe encenderse cada vez que conecte la placa Arduino a una toma eléctrica. Si esta luz no se enciende, hay una buena probabilidad de que algo anda mal.
LEDs RX TX (12)
TX es la abreviatura de transmisión, RX es la abreviatura de recibir. Estas marcas aparecen un poco en la electrónica para indicar los pasadores responsables de la comunicación en serie. En nuestro caso, hay dos lugares en la Arduino UNO donde aparecen TX y RX - una vez por pines digitales 0 y 1, y por segunda vez junto a los indicadores LED de TX y RX (12). Estos LEDs nos darán algunas buenas indicaciones visuales siempre nuestro Arduino está recibiendo o transmitiendo datos (como cuando nos estamos cargando un nuevo programa en el tablero).
Microcontrolador (13)
Lo negro con todas las patas de metal es un circuito integrado (IC, por sus siglas en Ingles). Piense en ello como el cerebro de nuestro Arduino. La principal IC en el Arduino es ligeramente diferente del tipo de placa a placa tipo, pero es por lo general de la línea de ATmega de CI de la empresa ATMEL. Esto puede ser importante, ya que puede necesitar para saber el tipo de IC (junto con su tipo de tarjeta) antes de cargar un nuevo programa desde el software de Arduino. Esta información se puede encontrar en la escritura en la parte superior de la IC. Si quieres saber más acerca de la diferencia entre diversos circuitos integrados, la lectura de las hojas de datos suele ser una buena idea.
Regulador de Voltaje (14)
Esto no es realmente algo que se puede (o debe) interactuar con el Arduino. Pero es potencialmente útil para saber que está ahí y para qué sirve. El regulador de voltaje hace exactamente lo que dice - que controla la cantidad de tensión que se deja en la placa Arduino. Piense en ello como una especie de guardián; se dará la espalda a una tensión adicional que podría dañar el circuito. Por supuesto, tiene sus límites, por lo que no conecta tu Arduino a nada superior a 20 voltios.

¿Qué es un microcontrolador?

El Microcontrolador es un circuito integrado que es el componente principal de una aplicación embebida. Es como una pequeña computadora que incluye sistemas para controlar elementos de entrada/salida. También incluye a un procesador y por supuesto memoria que puede guardar el programa y sus variables (flash y RAM).  Funciona como una mini PC. Su función es la de automatizar procesos y procesar información.

El microcontrolador de Arduino posee lo que se llama una interfaz de entrada, que es una conexión en la que podemos conectar en la placa diferentes tipos de periféricos. La información de estos periféricos que conectes se trasladará al microcontrolador, el cual se encargará de procesar los datos que le lleguen a través de ellos.

El tipo de periféricos que puedas utilizar para enviar datos al microcontrolador depende en gran medida de qué uso le estés pensando dar. Pueden ser cámaras para obtener imágenes, teclados para introducir datos, o diferentes tipos de sensores.

También cuenta con una interfaz de salida, que es la que se encarga de llevar la información que se ha procesado en el Arduino a otros periféricos. Estos periféricos pueden ser pantallas o altavoces en los que reproducir los datos procesados, pero también pueden ser otras placas o controladores.

 

¿Qué se puede hacer con Arduino?

La enorme flexibilidad y el carácter libre y abierto de Arduino hacen que puedas utilizar este tipo de placas prácticamente para cualquier cosa, desde relojes hasta básculas conectadas, pasando por robots, persianas controladas por voz o tu propia vending machine.

 

¿Qué son las entradas digitales?

Las entradas digitales permiten recibir señales de voltaje. En arduino disponemos de 14 pines digitales serigrafiados con los números del 0 al 13, utilizados para entradas y salidas digitales.

Es importante recordar que no podemos sobrepasar los límites de voltaje permitidos, es decir, si se aplica un voltaje mayor a 5 voltios en una entrada digital, la placa de arduino se quemará. Lo mismo aplica para voltajes negativos, por lo que debemos asegurar que el voltaje aplicado a una entrada digital se encuentre entre 0 y 5 voltios.

 

¿Qué son las salidas digitales?

En Arduino disponemos de 14 pines digitales serigrafiados con los números del 0 al 13. Estos pines son utilizados en modo digital para entradas y salidas, incluso algunos de ellos, serigrafiados con el símbolo de alterna (~), pueden ser también utilizados como pines de salida analógica en modo PWM.

Los pines de salida han sido diseñados para entregar señales de voltaje, no para suplir corriente a un circuito. El máximo de corriente que puede entregar un pin de salida es de aproximadamente 40mA (suficiente para encender un LED). Las cargas que vamos a manejar no deben superar los 5V ni consumir más de 40mA.

 

Pines de la placa Arduino UNO

En Arduino UNO la disposición de los pines de entrada y salida son:

 

En todas las placas los pines son multifunción o multipropósito, es decir en función de la configuración tienen una funcionalidad u otra.

 

Pines Digitales

Una señal digital es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango. Por ejemplo, el interruptor de la luz sólo puede tomar dos valores o estados: abierto o cerrado, o la misma lámpara: encendida o apagada.

   pinMode() – configura en el pin especificado si se va a comportar como una entrada o una salida. 

·       digitalWrite() – Escribe  un valor HIGH o LOW en el pin digital especificado. Si el pin está configurado como OUTPUT pone el voltaje correspondiente en el pin seleccionado. Si el pin está configurado como INPUT habilita o deshabilita la resistencia interna de pull up del correspondiente pin.

       digitalRead() – lee el valor del pin correspondiente como HIGH o LOW.     

·        PinMode(x, INPUT) –> SW3 = ON (resto a OFF). Los valores leídos serán aleatorios si el pin de Arduino está al aire. El pin está en un estado de alta impedancia (resistencia de 100 Mohms).

·         PinMode(x,INPUT_PULLUP) –> SW3 = ON & SW4 = ON (resto a OFF). Los valores leídos sin nada conectado al pin es HIGH. La Resistencia R1 tiene un valor dependiendo del microcontrolador, pero tiene un valor entre 20kOhm y 150kOhm.

·         PinMode(x, OUTPUT) & digitalWrite(x,HIGH) –> SW2 = ON & SW1 = +5V (resto a OFF). Estado de baja impedancia, no hay resistencia interna y es necesario poner una resistencia adecuada a la salida el pin para no superar los 40mA (source) máximos admitidos

·         PinMode(x, OUTPUT) & digitalWrite(x,LOW) –> SW2 = ON & SW1 = GND (resto a OFF). Estado de baja impedancia, no hay resistencia interna y es necesario poner una adecuada para no superar los 40mA (sink) máximos admitidos

 

Pines Analógicos

Una señal eléctrica analógica es aquella en la que los valores de la tensión o voltaje varían constantemente y pueden tomar cualquier valor. En el caso de la corriente alterna, la señal analógica incrementa su valor con signo eléctrico positivo (+) durante medio ciclo y disminuye a continuación con signo eléctrico negativo (–) en el medio ciclo siguiente.

La señal digital obtenida de una analógica tiene dos propiedades fundamentales:

Valores. Que valor en voltios define 0 y 1. En nuestro caso es tecnología TTL (0 – 5V) para Arduino Uno y (0 – 3.3V) para ESP8266.

En arduino para tratar las entradas y salidas analógicas usamos las siguientes funciones:

·         analogReference() – configura la referencia de voltaje usada para la entrada analógica. 

·         analogRead() – lee el valor del pin analógico especificado. 

·         analogWrite() – escribe un valor analógico (onda PWM) al pin especificado. No en todos los pines digitales se puede aplicar PWM.