Felix Maocho

Para quien le interese lo que a nosotros nos interesa

Arduino – Arduino, hard y soft sencillo para hacer objetos interactivos

kit-workshopPor Félix Maocho
19/1/2016

Objetivo de este capítulo

Generalidades sobre lo que se puede hacer con arruino.
La licencia Copyleft y el ecosistema de fabricantes y usuarios de Arduino.
Donde comprar componentes electrónicos
Descripción del Kit básico de Arduino
Ideas de proyectos que se pueden emprender con Arduino,
Consejos para el uso de Arduino con la tarjeta protoboard
Uso de nuevos componentes electrónicos

Material necesario

  • Pc
  • Cable de conexión de la tarjeta Arduino al PC
  • Tarjeta Arduino
  • Tarjeta protoboard o de prototipado
  • 2 gomas elásticas (gomas para el pelo)
  • 1 resistencia de 220 Ω
  • 1 led
  • 1 pushbutton (pulsador)
  • Varios cables de conexión macho/macho de diferentes colores

Arduino, conexión entre el mundo digital y el real

Arduino puede actuar como el cerebro de cualquier proyecto eléctrico que puedan imaginar, tanto por aficionados, como por diseñadores profesional interesado en crear objetos que interaccionan con el entorno, como sistemas de alarma, domótica, robótica, etc.

Arduino es la puerta que comunica el mundo digital con el mundo físico, de modo que los programas que diseñemos, actúen y modifiquen el funcionamiento de todos los circuitos eléctricos y a través de ellos, controlar el funcionamiento de aparatos mecánicos, como cerraduras, motores, equipos de aire acondicionado, altavoces, etc. etc. Cualquier aparato que funcione con fluido eléctrico es susceptible de ser manejado y controlado por nuestros programas a través de Arduino.

Tanto como hobby y como para educación, como para objetivos profesionales, Arduino es muy útil por su bajo precio y su fácil utilización, y por la posibilidad de controlar desde una tarjeta Arduino, otras tarjetas Arduino, con lo que empujan con ello los limites de su utilización hasta donde llegue nuestra imaginación.

Licencia Copyleft

copy_leftArduino está basado en desarrollos con patentes de Copyleft, razón ello las placas Arduino pueden ser copiadas, modificadas, fabricadas y vendidas, por cualquiera, y no solo eso, existen en la red y a nuestra disposición, todos los esquemas y documentación técnica necesarias para construirlas. De modo que cualquiera que tenga la formación suficiente y los medios adecuados, es libre de copiarla tal cual o modificarla, adaptando los desarrollos a sus necesidades y ademas puede vender las copias legalmente.

Si tu te sientes capacitado y tienes el taller adecuado, puede modificar o copiar los equipos de la familia Arduino y luego venderlos sin preocupación, pues su uso es libre, aunque lógicamente, tu obra, tiene la misma consideración de libre, por lo que otros, puede igualmente copiarla o modificarla y vender estas copias, sin que puedas reclamar otra cosa que la autora.

Kit de aprendizaje

Sin embargo para llegar a ello, primero hay que aprender. Para ello, te aconsejo iniciarte con un Kit que tenga suficientes componentes y adecuadamente seleccionados para comenzar a hacer unos cuantos aparatos que te vayan aclarando el camino. Puede hacerte tu propio kit, o ir comprando los componentes de poco o en poco, a medida que los necesites, pero perderás mucho tiempo haciendo viajes al proveedor o esperando que te lo envíen por correo a casa y su precio el unitario de la mayoría de ellos es tan bajo que no merece la pena.

Yo me inicié adquirido el kit llamado Kit Workshop consistente en una tarjeta controladora ARDUINO UNO, la placa de experimentación o prototipado, (breadboard o protoboard), de 840 puntos de conexión, y un lote de componentes variados, (la imagen que abre el texto se corresponde a ese kit), que incluyen resistencias, condensadores, LED de diferentes colores, etc..

Para que te hagas una idea de lo que es este mundo cuando yo compré en el 2012 el Kit Workshop me costó 70€, Hoy por curiosidad he mirado que ofertas de kit de inicio en dx.com, uno de lo proveedores mas baratos que existen y me he encontrado que por menos de la mitad, 31€, dan un kit básico con el mismo nombre Workshop, pero mucho más completo que el mio, con elementos como una pantalla, un componente ultrasónico, (para medir distancias), un sensor de humedad y temperatura, tres células fotoeléctricas, … que el mio no tenía. Es un kit ideal para iniciarse con Arduino, que permite llevar a termino multitud de montajes, especialmente aquellos que incluyen sensores.

kit workshop

Curiosamente, el Copyleft, una licencia que  en teoría defiende poco los derechos del autor/inventor, al contrario que la Copyright, por lo que parece una fórmula económica poco adecuada para fomentar la inventiva, pues ampara al que copia los inventos y no al creador original, sin embargo, el hecho. es que al crear al rededor del invento un amplísimo ecosistema de fabricantes y diseñadores, que consiguen buenos rendimientos económicos en un mercado terriblemente competitivo, se produce una velocidad de desarrollo de todo lo relacionado con el objeto y una atracción de publico, que termina favoreciendo a todas las partes creadores e imitadores,.

Por este motivo, cada día aparecen en el mercado más productos compatibles con Arduino y en consecuencia, tienen cada día a un precio menor, pudiendo llegar así, a más y más gente, que a su vez multiplican las compras y consumos de estos artículos, pues los nuevos fabricantes, se esfuerzan en dos cosas, reducir márgenes y bajar precios. para evitar la tentación que los demás copien sus desarrollos y conseguir más clientes, cada vez con menos conocimientos técnicos, por lo que necesariamente, tiene que buscar hacerlos de fácil uso.

Sin embargo, este mercado tiene algunos problemas. El primero es que en un mercado tan cambiante, que no me atrevo a darte el nombre de un kit concreto, pues cuando vayas a comprarlo probablemente habrá cosas a mejor precio y mas completas. El segundo problema es que los fabricantes, ahorran el máximo en lo accesorio como embalajes y documentación, por lo que no esperes un libro de instrucciones si quieres un buen precio, habrás de “ganarte la vida” buscando en Internet la literatura que te interese, que, si lo prefieres, podrás bajártelo a tu impresora.

Qué comprar y donde comprar

caja kit arduinoCon tanto donde elegir que es difícil dar consejos y también decidirse por un kit, pues las diferencias de precios y de contenidos son sustanciales. Por eso creo que debes orientarte por el precio que estés dispuesto a pagar y las incomodidades que estés dispuesto a sufrir.

Si no te importa pagar un precio alto, pero quieres comodidad, vete a distribuidor de componentes o incluso a un juguetero de adultos, de los que tiene trenes eléctricos y drones, como Juguetronica  y compra el kit de inicio (eso es lo que hice yo) Si ya tienes la tarjeta pero no los componentes, hay kits más baratos, (lógicamente), que solo tienen los componentes como esta caja de plástico amarilla  que muestro lamado Kit de Ampliacion que vale unos 20€. Si ya tienes un kit y necesitas un componente, mi consejo es que si es urgente lo compres en una tienda de componentes y si no que esperes y que compres agrupando un pedido en el que tu pidas las referencias que te hacen falta y lo que puedas prever que necesitarás, porque lo más cómodo y barato son los pedidos amplios, pero uno de estos kit no te lo aconsejo si ya tienes otro porque te meten muchas cosas que jamás necesitaras.

En mi opinión, si compras en Internet a un proveedor chino, que son los que mejores precios tienen, un kit de inicio de unos 40€ es un kit más que suficiente para una buena temporada. pero si lo compras en algún proveedor local como, Bricogeek puede que ocurrir que estas versiones tan sencillas no las tengan y te vendan unas más completa y con manuales, pero eso si a 77€ mas gastos de envió. Igual pasa si vas a una tienda de electrónica. En Electrónica Embajadores en Madrid ,el Kit Arduino Starter Kit vale 81€ (sin IVA) y me parece similar al de BricoGeek.

Mi experiencia me dice que los proveedores chinos son cumplidores y tiene precios imbatibles, también he encontrado muy buena selección y precios en Amazon, lugar que por el que merece darse una vuelta antes de decidir donde comprar, pero unos y otros tienen plazos de entrega de 10 días laborables, o sea unos 15 días reales, y al precio tienes que añadir los portes, por lo que a veces el pedido no es tan barato comoparecía.

Dejo la dirección de los tres sitios que conozco

  • dx.com quizá el mas especializado de todos en Arduino
  • banggood también tiene mucho a la venta
  • amazon  tiene buenos precios y menos tiempo de respuesta

Las tiendas nacionales por Internet, tiene peores precios y menos variedad, pero con plazos de entrega más cortos, hay una de la que tengo referencia Bricogeek, pero hay otras que no tengo información, lo cual no quiere decir que son malas sino que simplemente yo no las conozco. Dejo las direcciones

Si te falta un determinado componente, una resistencia, un led, etc. te compensa desplazarte a una tienda de componentes electrónicos, porque aun pagando mucho mas, suelen ser muy bajos los precios de las piezas sueltas, quizá un led en una tienda valga 0,50 €. y te lo llevas de inmediato, Qué sentido tiene esperar 15 días par ahorrarse 40 cents, y ademas pagar los portes.

Yo solo conozco dos y están en Madrid que es donde vivo. Las dos son buenas pero a mi me gusta más Electrónica Embajadores que Conectrol aunque voy mas a esta. porque me queda mejor comunicada con mi casa que la otra.

La idea  de los creadores del sistema a Arduino, tanto en lo referente al hardware como el software, esté al alcance de la máxima cantidad de personas y que estas no tengan que tener una especial formación técnica para utilizarlo. Por ello, cada día hay módulos ya fabricados y probados, dispuestos simplemente para su uso, tal que si se tratara de pequeños ladrillos, que se pueden interconectar entre si para realizar proyectos más ambiciosos de todo tipo.

Por ejemplo en la imagen vemos un brazo robótica que se vende desarmado, que permite experimentar con sus posibilidades, que se vende despiezado por solo solo vale 63€.

brazo robot1

brazo robot 2

 

Cómo se programa

El microcontrolador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino, (basado en Wiring), en el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing), que se pueden descargar gratuitamente al ordenador. En el ordenador puedes escribir. (o bajar de la red), los programas que luego se transfieren, una vez compilados, (trasformados en lenguaje máquina), a la placa Arduino a través de un cable USB, Estas palabras tecnicas como Wiring y Procesing, al que no tiene ni idea de informática le echan para atras, y lo comprendo pero puedo decirte que con toda seguridad que para hacer los cuatro o cinco primeros ejemplos de arduino vas a hacer cosas mucho más sencillas que las que habitualmente haces en tu celular.y que verás que es tan intuitivo que no tienes que hacer ningún esfuerfo mental para comprenderla,

No te engaño luego la cosa se complica, pero, creeme o al menos dame la oportunidad de demostrarlo, Lo que vas a arriesgar es una pequeña cantidad de dinero en componentes y lo que puedes ganar son cientos de horas de distracción.

Puede que te aburras y lo dejes, siempre habrá otro que le venga bien que le regales tu placa y tus componentes. Pero lo que te puedo asegurar, es que quizá te aburra, pero nunca, nunca, lo vas a dejar porque no lo comprendas, porque aunque venga en inglés para que parezca que es más complicado, la informática más compleja, la que por ejemplo, yo he realizado para los bancos, por la cual a ti te cobran el gas todos los meses, tiene tanta complejidad como resolver un sudoku. Sólo es cuestión de probar, si no anda buscar el error y volver a probar utilizando una lógica cortita, que el procesador tampoco hace más que se aproxima mucho mas a la de la “cuenta la vieja” que a la de la física nuclear. Por eos te pido que mme des la oportunidad de demostrártelo.

Vas a ir tan pasao a paso, que casi no te darás cuenta ni de lo que avanzas y que como dijo Machado. al cabo de una tiempo podrás hacer tuyos estos versos :

caminante, no hay camino:
se hace camino al andar.

Al andar se hace camino,
y al volver la vista atrás
se ve la senda que nunca
se ha de volver a pisar.

Y que podemos conseguir

Un Arduino cargado con un programa, es autónomo, por tanto el controlador una vez cargado puede trabajar sin necesidad de estar permanentemente conectar a un ordenador. Por ejemplo, si haces un sistema de control de una persiana, para que suba y baje, en función de la insolación, una vez cargado el programa, Arduino, interceptando el cable eléctrico del motor como si fuera un interruptor,  controlará el movimiento del motor de subida y bajada, sin necesidad de estar conectado al ordenador.

Sin embargo, también puede trabajar conectado mediante el cable USB y otro medios, como vía WiFi, a un PC, con lo que la capacidad de cálculo de la placa se multiplica, a la vez que es posible controlar un gran número de placas Arduino simultáneamente, pudiendo por ello ponerse metas mucho más complejas, como sería controlar, no solo todas las persianas de la casa, sino también los equipos de aire acondicionado y los radiadores, de modo que cualquier rincón de la casa este dentro de un rango de temperaturas mínimas y máximas, marcado en función de la hora del día, de si es un día laborable o festivo y de cualquier otra variable que se te pueda ocurrir.

gran proyecto arduino

Arduino recibió una Mención Honorífica en la sección Digital Communities de la edición del 2006 del Ars Electronica Prix, va a hacer por tanto 10 años. El equipo que diseño Arduino lo formaron Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino, y David Mellis.

inventores de arduino

Si quieres aprender el manejo de Arduino partiendo de cero, debe adquirir experiencia haciendo prácticas sencillas.

En España, al igual que en el resto del mundo, hay muchas personas y organizaciones, que como hobby, formación e incluso de forma profesional, utilizan Arduino en sus desarrollos de equipos controladores industriales, de domótica, de robótica y del IoT (Internet de las cosas).

La placa de prototipado, (protoboard), te permitirá hacer prácticas básicas que te den a conocer el uso y posibilidades de la controladora, y tiene la ventaja que los componentes se montan con rapidez y sin necesidad de soldaduras, construyendo y modificando con toda facilidad los circuitos y componentes que necesitas para las pruebas, para posteriormente permitir, quitar y recuperar y reciclar todo el material utilizado en el experimento sin problemas.

Que es Raspberry pi

Raspberry piOtro desarrollo independiente de Arduino pero basado en la misma filosofía de Hardware abierto, es Raspberry Pi, del que quiza hayas oído hablar, Es un ordenador con una potencia similar a la que tenian los PC equipados con Intel 287, pero hecho en placa única (SBC) de bajo coste. El último modelo que han hecho se vende al asombroso pprecio de 5 $US, No es lo mismo, pues Arduino está orientado a controlar el mundo físico (aparatos), mentas que Raspbeery Pi busca sustituir el ordenador, pero en muchos casos son complementarios. Es evidente que podemos conectar un Raspbeery Pi con una placa Arduino y tener en conjunto, un potentisimo aparato de alta capacidad de lógica y cálculo junto a una alta capacidad de manipulación del mundo físico. Lo que salga de ese “matrimonio” está por ver.

arduimo+raspberry

 

 

Un aparato electrónico pueden ser muy complejos y llenos de cables como y componentes por todos los lados como el anterior, o muy sencillos como este con solo con la placa y dos componentes. Este que enseño podría ser el prototipo de una lámpara y este en concreto, ni siquiera utiliza la capacidad de control de Arduino, que solo lo utilizamos como fuente de energía a 5 voltios cundo este enchufado a una salida USB del PC,

Para que luzca la el Led, tomaremos corriente de Arduino por eso sale el cable de donde pone 5V, ( los distintos puntos de conexión de  Arduino se llaman pin, por tanto  este es el pin 5V), y la llevaremos a un pulsador,(pushbutton), que hace  lucir un led cuado apretamos el botón, para después terminar de cerrar el circuito en un pin GRN  o ground que quiere decir tierra.

Como colocar pushbutton 2_bb

Lo primero que hay que explicar es que la tarjeta de prototipado o protoboard tiene internamente los orificios conectados, de modo que los orificios de las dos filas exteriores de cada lado, están unidos entre si todo a lo largo como si fuesen las vías de un tren mientras que los interiores están unidos por barras verticales que los agrupan de cinco en cinco, como indica la imagen siguiente.

Por tanto si el led (bonbillita) y la resistencia tiene  patas metidas en la misma línea vertical automáticamente quedan conectados  y si un cable como el verde unedos orificios de distintas lineas verticales conecta dos lineas verticales por tanto la salida del pulsador se conecta con la resistencia.

conexiones protoboard

Lo habitual (si hay sitio), es colocar la tarjeta Arduino, ENCIMA de la protoboard y se la sujeta con dos gomas elásticas, (aquí de color verde), de forma que queden formando un mismo cuerpo. Con la ventaja de que así los cables que salen de Arduino, no padecen tirones, porque si se os mueve la protoboard, arrastra con ella a Arduino y todas las conexiones. Por tanto si por ejemplo, tengo hacer un circuito con un led, como hice el otro día, la cosa quede con este aspecto.

 

Este ejemplo nos vale para definir y explicar las  distintas partes que componen  cualquier aparato heho con  Arduino digitals:

  • Sensores
  • Actuadores
  • Controlador

Sensores

Los sensores que son, el equivalente de los sentidos de los animales. Los componentes que “informan” al aparato, de cambios en el mundo físico que deben afectar a su funcionamiento. El más simple de los sensores, es desenchufar la corriente, el aparato “siente” que no le llega energía, y “actúa” cesando cualquier actividad. Algo parecido pero que afecta no a todo el aparato en su conjunto, sino sólo a algunos de sus circuitos, son el pulsador y el switch, Cuando el pushbutton esta oprimido, o la corriente llega, la máquina “sabe” que tiene que funcionar. Cuando cesa la corriente, ·la máquina, lo “siente” y   deja de actuar.

Por supuesto, que a diferencia de los animales que tenemos contados sentidos pero de utilización muy versátil, los aparatos digitales tiene cientos de sensores diferentes, que si bien ninguno llega a aproximarse a la versatilidad que tienen los sentidos de los animales superiores, son muy eficaces haciendo una única y sencilla cosa. Son especialistas, como por ejemplo el pushbutton, que deja pasar la corriente si o no. Los mas habituales son termómetros, potenciómetros, de contacto, de mivel de liquidos,, fotómetros, telémetros, etc.

Actuadores

Son los componentes destinados a realizar la acción de respuesta al estímulo de un sensor, son los “músculos” que ejecutan las acciones adecuadas en función de los estímulos recibidos. En este caso hemos utilizado, la resistencia cuya misión es limitar la intensidad de la corriente y el led, cuya misión es iluminar, conocemos otro más, el zumbador o chicharra, cuya misión es hacer ruido.

También hay zctuzdores a cientos, tinbres, luces, displays, motores, calentadores, relés, … y cada uno hace solo una cosa pero la hace a la perfección. Poco a poco aprenderemos a manejarlos.

Controlador.

El controlador hace de “cerebro”, es de donde parten las órdenes para poner en marcha los actuadores una vez analizados los estímulos que le llegan de los sensores. De momento no hemos aprendido a utilizarlo, (paciencia, lo iniciamos pronto más adelante), por lo que solo podemos hacer cosas periféricas al controlador, equivalentes a los movimientos reflejos, te dan un golpe en una rodilla y automáticamente disparas la pierna sin que el cerebro se entere, algo semejante es lo que hemos hecho hoy, aprietas un botón y se enciende una luz.

No crean que no se puede hacer nada con esto, la red eléctrica en su conjunto funciona sin un cerebro que la gobierne, con sol la ayuda de pulsadores y conmutadores, hemos sido y somos capaces de gobernarla y hay que ver lo que se ha hecho con la energía eléctrica en el último siglo.

Los controladores son inteligencia distribuida, que se han inventado los más antiguos hace unos 70 años que poco a poco se están sustituyendo a anteriores elementos de control mecánico que se utilizaban, por ser más prácticos, fiables y de bajo precio y en una revolución silenciosa, se van apoderando de todos nuestros aparatos, de encargarse de la chispa del motor de explosión, a manejar placa vitrocerámica, y del control del ascensor, al de la lavadora, cada vez más y más aparatos son controlados por placas controladoras y a se acerca rápidamente el “Internet de las cosas” (IoT), que consiste en que estas placas controladoras, se coordinen a su vez entre si, a través del Internet.

Dentro de poco tiempo, nos asombraremos del ingenio que tuvieron nuestros abuelos para poder construir una radio, un reloj, o una máquina de coser, sin utilizar placas controladoras que gobiernen esos aparatos, como ahora nos asombramos que los egipcios fueran capaces de acumular tales cantidades de piedras sin el uso de la rueda.

 

Como repaso final te diré lo que has aprendido hoy

  • Qué es la Licencia Copyleft y a que te da derecho y te obliga si la utilizas
  • Aprender que es un Kit de inicio de Arduino y más o menos su composición
  • Direcciones de posibles proveedores de componentes
  • Conocimiento de lo que puede llegarse a hacer con la Tarjeta Arduino UNO
  • Manejar conjuntamente Arduino y protoboard
  • Labor der los sensores, actuadores y tarjetaa controladora

Félix Maocho

19 enero 2016 - Posted by | Curso de Arduino, Robotica | , , ,

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