Manual ULTIMO

MANUAL Electrones en Acción: Electrónica y Arduinos para tus propios Inventos Electrónica básica y Arduino para tus propios inventos. A través de este curso queremos llevar la electrónica hasta tu propia casa. Pero, ¿y qué es la electrónica? >> Es el campo de la ingeniería y de la física aplicada que estudia el diseño y fabricación de circuitos y dispositivos electrónicos.

Este MOOC no va a convertirte en un experto en electrónica, porque para eso hay que estudiar muchísimo.

Pontificia Universidad Católica de Chile

Electrones en Acción: Electrónica y Arduinos para tus propios Inventos

Flore Caragulla Henry Bladimir

UNIVERSIDAD ATÓNOMA DE LOS ANDES

https://www.coursera.org/learn/electrones-en-accion https://www.coursera.org/learn/electrones-en-accion/lecture/VJeve/funciones

Dirección de la institución

Pontificia Universidad Católica de Chile

I

1. Introducción La Ingeniería en Sistemas Computacionales es aquella por la cual creamos, mejoramos y avanzamos día a día pues nos permite comprender la programación y la actualización a cada día, pues es una de las carreras más importantes y de progreso que existen ya que su propósito es beneficiar a la sociedad con los avances tecnológicos y de programación que esta aplique, cabe recalcar que en Uniandes es una carrera bastante exigida pero bien premiada, sin embargo de esta salen varias ramas como la que veremos a continuación, mediante el Curso Online (Coursera), mismo el cual nos mostrara una de las ramas de la ingeniería en sistemas la cual es la Electrónica (como parte de un trabajo de la Universidad) en la cual seguiremos paso a paso y redactando lo que se haya visto en este curso, pues consta de un refuerzo visto en clase y/o temas que veremos.

La electrónica como tal nos ayuda a programar nuestros circuitos y de esa manera controlarlos de una manera simple, pues es una materia muy interesante, de esta se derivan muchas aplicaciones, en especial la física y matemática, ya que al trabajar con componentes, tendremos que programar mediante cálculos los proyectos que se realicen, con el fin de obtener resultados muy satisfactorios, pues esa es la idea de la electrónica, el realizar o crear proyectos mediante las cosas aprendidas para compartirlas ante el mundo, que mejor si son novedosas, ya que el mundo está lleno de ideas por descubrirse y la electrónica es una rama importante para crear dichas novedades para facilitar a la sociedad, En la universidad católica de Chile, el curso Electrónica en acción a su propia casa.

La electrónica es el campo de la ingeniera y física aplicada que estudia el diseño y fabricación de circuitos electrónicos y con estas acciones ayudamos a mejorar el mundo, pues requiere de este complejo pero interesante curso para ayudarte a comprender lo que necesites acerca de la electrónica mediante los pasos que enseñaran en todo el curso.

II

Mediante los arduinos tendremos una visión de los proyectos que podremos crear para el beneficio de la sociedad, pues si bien este programa no te hará un experto, te da a conocer una visión para crear dicho proyecto, pues en esta plataforma nos enseñaran como usarlo y como aplicarlo, las carreras universitarias te permitirán seguir este tipo de proyectos, pero esta plataforma te ayudara a manejarlo, gracias al arduino podremos manejar nuestro proyecto y diseñarlo mediante el modelo que hayamos creado en el mismo.

Un curso muy detallado donde aprenderemos muchas cosas sin duda algunas, pues esa es su finalidad para los usuarios que decidan aprender a cerca de la electrónica, pues dando esta introducción vamos a comenzar a escribir mediante pasos lo aprendido/reforzado en este curso, con el fin de aprender y cumplir con una tarea de la Universidad Regional Autónoma de los Andes (Uniandes).

III

1.1 Dos mundos: físicos y electrónicos La electrónica se presenta como una herramienta muy versátil en la cual podemos tomar señales del mundo físico y llevarlo a la electrónica, igualmente procesar la información adquirida, pues parte de la adquisición, el procesamiento y la realización de acciones a través de estas señales, pues podemos manipular electrones trabajando para nosotros con el fin de diseñar un sistema electrónico, el mismo que está conformado por los siguientes tipos de componentes.

1.1. 2 Sensores y Transductores Sensores: Son aquellos que nos permiten capturar señales del mundo físico, pues nos permiten seguir un proceso o detectar un cambio, pues funciona por medio de la energía del medio que nos rodea, o mejor dicho se guía del ambiente físico para su funcionamiento en un dispositivo, todo lo que nos rodea puede llevar a la correcta función de estos sensores, es verdad que existen varios tipos, cada uno con una función diferente, pero con la naturaleza de detectar las señales del ambiente en general, ya sean factores de temperatura, presión, sonido, luz, distancia, aceleración, ángulo, contacto, señales eléctricas, gas, partículas, etc.

Transductores: Son aquellos que transforman una magnitud física en una señal eléctrica (importantes en medidores), se familiarizan con los sensores debido a que también capturan dichas señales físicas e igualmente nos ayudara al momento de realizar un circuito, que de igual manera tenemos como ejemplos generales, como son los factores de temperatura, presión, sonido, luz, distancia, aceleración, contacto, señales eléctricas, gas, etc.

1.1.3 Procesadores Tal como lo dice, es el que puede procesar información, el cual nos da diversos niveles de prestaciones, por ejemplo los encontramos en artefactos como computadores, las cuales pueden utilizar miles y millones de compuertas lógicas, las cuales van integradas en un CPU y da paso a la facilidad del usuario para manejarlas, este igualmente posee diversos tipos como son los analógicos, digitales, programables, no programables, embebidos, propósito general de diversas prestaciones.

Actuadores y transductores: Permiten realizar acciones aquellas que si podemos ver o oir, pues ya nos da una forma de lo que quieren transmitir, de por si es lo habitual que nosotros vemos en la actualidad, pues están presentes en parlantes, pantallas, motores en resumen las acciones que dan son sonido, luz, movimiento, calor, etc, y pues son implementados en artefactos que llegamos a poseer en casa quiere decir que ya son más específicos, como por ejemplo el calor ( en una estufa o cocina eléctrica), sonido (parlantes, audífonos), luz (televisiones(pixeles) entre otros.

4

La electricidad es fundamental en el proceso de la información, pues si queremos transmitir estas señales es necesaria usar la electricidad para poder transmitir dicha información, donde nos guiaremos por medio del sensor para detectar lo físico y el procesador para procesar la información recibida hacia un actuador por medio de la electricidad.

Hay que tomar en cuenta que los fotones viajan a una velocidad de la luz, pues la electricidad nos ayuda a tener las respuestas que incluso vayan a la velocidad de la luz, esa es su importancia.

1.1.4 Sistema Electrónico General Para explicar el sistema electrónico general explica que “Un sensor que permite tomar las señales del mundo físico que va a un procesador el cual procesa la información y por último se transmite a un actuador para que actué hacia el mundo físico.

Esta es la capacidad que poseen este tipo de artefactos para darnos a mostrar la información en señales, cave recalcar que gracias a esto, pues es la idea en este curso, pues se lo tomara en mente, un proceso básico de detectar lo físico y lo electrónico en este curso, motivarnos y darnos ideas que nosotros mismos podremos crear.

1.2 La Electricidad La electricidad es una forma de energía que es fácil de generar y podemos generarla de diferentes maneras, ya sea por medio de un generador u otra forma que se nos presente.

Puede ser utilizada en muy diversas aplicaciones, tales sean aplicaciones de potencia o señales de información, es decir la podemos llevar a todo tipo de información que podamos entender como por ejemplo audio, video, información digital etc, facilitando el entendimiento del usuario.

Como por ejemplo puede ser transformada en energía mecánica, pues emiten y reciben señales a lugares remotos a gran velocidad y precisión, puede ser utilizada en esas aplicaciones, usos para procesar información, este curso se centrara en electricidad dinámica.

1.2.1 ¿De qué está hecha?

La electricidad es el flujo de carga eléctrica a través de un material. La carga eléctrica es transportada por electrones, los electrones que forman parte de todos los átomos neutros nos permiten transportar electricidad.

Los electrones, por convención, tienen carga eléctrica negativa y se mueven en respuesta a un campo eléctrico, pues van convirtiendo en otras formas de 5

energía, ya que en estos las ondas eléctricas viajan a la velocidad de la luz, gracias a eso podemos almacenar y procesar información usando electrones (pues son cargas negativas), estos son necesarios para el funcionamiento, la corriente va en dirección contraria al movimiento de electrones.

La electricidad es transportada por cargas negativas, las cargas eléctricas positivas en un conductor se mueven desde un punto de mayor voltaje o potencial a un punto de menor voltaje, quiere decir que tendrá más capacidad de hacer el trabajo útil, la corriente fluye de una manera más rápida y podemos esperar diferentes resultados, pues si tenemos una batería, en la parte positiva habrá más potencial, se mueven de mayor potencial hacia un punto de menor potencial, pues convertirían dicha carga en luz potencial.

La capacidad de la electricidad es grande, pues al poseer cargas que se muevan a una increíble velocidad producen energía lo suficientemente capaz de encender focos o producir lo que necesitemos, la electricidad es una forma fundamental de manejar la energía que necesitemos en un circuito debido a los movimientos de dichas cargas que podemos aprovechar.

Aunque en si pueda llegar a gastarse, podemos realizar el control necesario para lo que vayamos a utilizar, es capaz de lidiar con cantidades físicas o que podemos medir, ondas de presión que podemos transformar en electricidad, en este caso tenemos por ejemplo la luz, por lo general es transmitida al voltaje para que dicho foco funcione (luz) Pues para calcular la energía que pueda representarse en voltios, amperios o resistencias, tendremos que guiarnos en los prefijos métricos, de esa forma estaremos más seguros a cerca de la corriente usada.

6

1.3 La electricidad como fluido.

Es considerada como una carga positiva o carga negativa donde la energía pasa de una altura mayor a una altura menor, la cual va perdiendo energía (como ejemplo las baterías), el voltaje (V) y corriente, el voltaje 0 también es arbitrario (tierra) para su medida, mientras que la corriente es el flujo, quiere decir la cantidad del corriente que pasa por el circuito y si no se acumula en ninguna parte su corriente debería ser la misma para el circuito.

1.3.1 Voltaje (Tensión): En cuanto al voltaje que es muy variado es capaz de portar carga, si tienen más carga darán más trabajo útil, ya sea hacer un motor más rápido o luz con más intensidad, si tenemos 2 objetos de voltaje diferentes al unirlas estas harían corto circuito, debido a que hay corriente entre ellos.

1.3.2 Corriente: Es el flujo de portadores de carga en un circuito, y pueden cambiar sus niveles de energía (voltaje), y como en un rio cuando fluye puede ir perdiendo energía 7

o transformarse en un tipo de energía diferente, la corriente fluye a través de conductores eléctricos, dispositivos electrónicos, motores, luces y objetos en general.

Las señales eléctricas (de voltaje) llevan información, varían en el tiempo, estas señales tienen una parte variable y una constante conocidas como DC (corriente continua) y AC (corriente directa).

Las señales variables pueden ser compuestas en una suma de señales fundamentales de diferente frecuencia (tal como lo dice en el video)

En resumen dichos fluidos nos llevan a realizar acciones de movimiento para un sistema en el que se trabaje, debemos tomar en cuenta la capacidad y emplea miento del voltaje (ya sea mayor o menor) para establecer una función concreta, estos fluidos conducen el voltaje para producir lo que necesitamos, ya sea a mayor velocidad, intensidad o funciones de determinado ámbito, eso sí dependiendo del voltaje, las circulación es aquella que le da paso y ver como fluye y se transforma, estos lo podemos encontrar en ejemplos como un tren o un auto a control remoto, pues fluye el voltaje para su respectivo funcionamiento.

Señales eléctricas Electricidad

8

1.4.1 Energía y potencia La energía es una propiedad física, cuantificable que describe el estado de un sistema u objeto, como ya sabemos podemos transformar la energía a diferentes formas y controlarla en el circuito que utilicemos.

La potencia puede estar representado en varios factores, pero en la electricidad se conoce a la potencia como los watts, pues requiere una energía para producir movimiento o funcionamiento, es decir que la potencia es un factor muy influyente, claro dependiendo de la cantidad que este aporte al momento del funcionamiento.

1.4.2 Almacenamiento de energía.

Hay varias formas de almacenar en baterías y otros medios, tales como son las alcalinas, recargables, plomo-acido, lon-litio, polímero de litio, estas son las fuentes de voltaje, pues existen en muchos artefactos para que funcionen, estos son las que almacenan la energía y lo distribuye en el circuito, un factor importante en la electrónica.

Estos tienen un espacio limitado, en algunos casos llegan a durar por tiempo en el artefacto que se usa, ya sea en tiempo o constante uso, por ejemplo hay baterías que pueden durar de 1 hora hasta meses.

En un circuito en serie las baterías suman su voltaje manteniendo su capacidad, quiere decir se suman los voltajes de las baterías y se mantiene su capacidad (cave recalcar que la mejor forma es teniendo baterías en serie iguales, ya que si son diferentes nos podrían causar problemas).

Las baterías en paralelo son capaces de mantener su voltaje y aumentar su capacidad (no conectar en paralelo baterías con voltaje diferente).

1.4.3 Alimentación y señales de un circuito.

Es conocida como una fuente de poder (potencia), una fuente de voltaje DC, es el medio por el cual las señales eléctricas circulan en dicho circuito, son ejemplos como el enchufe, los que reduce el voltaje y lo hace eficaz al momento de adecuarlo al voltaje que utilice un artefacto, (por lo general ayuda a reducir el voltaje que pase por una corriente), otros ejemplos son las baterías, pues también poseen voltaje para entregar energía, pues hay que tomar en cuenta que tienen capacidades de distribuir energía y como tal que sea controlada.

Aunque por su capacidad, depende mucho de su capacidad, mientras la fuente de alimentación tenga una capacidad definida, si pasa de ellos su fuente podría quemarse, es por eso que dependen de reguladores de voltaje para evitar dicho problema, de por sí ya vienen incluidos en los artefactos que compremos.

1.4.4Reguladores de voltaje: 9

Existen los lineales y conmutados Lineales: permiten reducir el valor absoluto del voltaje de alimentación, son por lo general los más usados en los circuitos eléctricos, ya que tienen una capacidad muy buena, pero aun así no hay que excederse de la misma.

Conmutados: Son más flexibles y eficientes, pero son más difíciles de usar, incluso llegan a tener un peso grande (más que todo se usan para artefactos aún más grandes como computadores).

Su peso es importante, ya que adaptan la energía en una forma lineal pero podría llegar a ser más seguro.

1.4.5 Señales Digitales: Son las que comunican bloques digitales, como ejemplo un sensor digital, son capaces de adoptar valores discretos: 0 o 1 como un significado individual o muchos bits digitales.

Analógicos: Son la salida de sensores analógicos, aquellos que pueden variar su salida, necesita sus rieles correspondientes para que den dichos valores arbitrarios con una variable proporcional o con un desnivel (como por ejemplo la temperatura podría tener varios valores).

Potencia: Aquí ya es el medio por donde dicha potencia ya sale, como por ejemplo los motores o parlantes, puede adoptar valores discretos o continuos y pueden estar circunscrita dos en los rieles.

1.5 Medición de señales multímetro y osciloscopio: Multímetro:

10

Para dar una breve explicación, el multímetro es un aparato el que nos permite medir magnitudes eléctricas, como por ejemplo el voltaje, la intensidad y la resistencia, más claramente en los componentes que se usen en un circuito eléctrico, también podemos conectarlo a los circuitos dependiendo de la energía que estos que estos tengan, ya que como cualquier otro componente también tiene un límite de resistencia y si sobrepasa de este se quemara.

Su función es comprobar que un componente aun tenga energía, pues es capaz de medir dicho componente o circuito gracias a sus múltiples medidas, como ejemplo de componentes encontramos lo que serían resistencias, baterías, leds entre otros que estén relacionados con su clasificación de corriente (voltaje, intensidad y resistencia) y también sus pequeñas magnitudes con eso me refiero a los prefijos métricos principales como por ejemplo “mA, mV, Mohm”.

Osciloscopio: Este permite graficar una o más señales de voltaje en el tiempo, su función es parecida al multímetro, sin embargo este nos muestra con ondas (AC) los resultados de las mediciones, e incluso en sonido por medio del computador (con programas específicos), nos permiten ver las señales en un circuito y medirla pues sirve mucho si queremos reparar un circuito, ya que podemos analizar dichas mediciones.

Podemos añadir canales, para tener una mejor comprensión de la medición que se realice en este artefacto, lo cual es muy útil en la canalización de un circuito, e incluso podemos cambiar sus escalas, aumentar o disminuir hasta la del tiempo.

11

Una de las ventajas de estos, es que lo podemos encontrar en programas para computadores y de esa manera facilitar nuestras mediciones sin necesidad de tener uno a la mano, e incluso llegan a ser más fáciles de comprender, pues es una forma muy accesible para el usuario.

1.6 Representación digital de señales e información 1.6.1 Bit Un bit es la unidad de la información digital más pequeña representada en dos estados, verdadero o falso que llamemos 1 o 0 lógico y pueden codificar varias cosas, desde el encendido o apagado hasta los pixeles, pues también puede ser representado en estados como por ejemplo en las luces, quiere decir que representa maneras visibles u ocultos, claro esto dependiendo de que sean dichas funciones.

En electrónica los bits son codificados en niveles de voltaje. Por ejemplo, si los rieles de alimentación de un circuito son cinco voltios y tierra, cinco voltios pueden significar un uno lógico, mientras que cero voltios pueden significar un cero lógico. Miremos este diagrama que hay aquí, donde tenemos que hay un voltaje alto máximo, y un voltaje alto mínimo, y cualquier voltaje entre estos dos niveles representa un uno lógico, y esto se le llama High. Luego tenemos un voltaje bajo máximo, y un voltaje bajo mínimo, y cualquier nivel de voltaje entre estos dos niveles representa un cero lógico que le llamamos Low.

8 bits hacen 1 byte. 1 024 bits corresponden a un kilobyte.

1024 kilobytes corresponden a un megabytes, que es más o menos un millón de bytes.

Y 1024 megas corresponden a una giga, que es más o menos mil millones de bytes.

12

Un dato muy interesante de esto es que se utiliza para el almacenamiento de música, la cual se llama señal wat.

1.7 Fundamentos de la lógica y el procesamiento digital Los bits son almacenados por compuertas lógicas, un computador puede tener millones y millones de estas de las cuales las fundamentales son las: NOT: En lógica digital, un inversor, puerta not o compuerta not es una puerta lógica que implementa la negación lógica . a la derecha se muestra la tabla de verdad. Siempre que su entrada está en 0 (cero) o en baja, su salida está en 1 o en alta, mientras que cuando su entrada está en 1 o en alta, su salida va a estar en 0 o en baja.

Compuerta and:Es una puerta lógica digital que implementa la conjunción lógica -se comporta de acuerdo a la tabla de verdad mostrada a la derecha. Ésta entregará una salida alta (1), dependiendo de los valores de las entradas, siendo este caso, al recibir solo valores altos en ambas entradas. Si alguna de estas entradas no son altas, entonces se mostrará un valor de salida baja (0). En otro sentido, la función de la compuerta and efectivamente encuentra el mínimo entre dos dígitos binarios.

13

Compuerta OR: Se comporta de acuerdo a la tabla de verdad mostrada a la derecha. Cuando todas sus entradas están en 0 (cero) o en baja, su salida está en 0 o en baja, mientras que cuando al menos una o ambas entradas están en 1 o en alta, su salida va a estar en 1 o en alta. En otro sentido, la función de la compuerta or efectivamente encuentra el máximo entre dos dígitos binarios, así como la función and encuentra el mínimo.

1.7.1 Circuitos que procesan bits y circuitos que guardan bits En si estos se basan en todo lo que hemos aprendido y son fabricados a base de compuertas lógicas, pues su proceso de salida depende únicamente de las entradas.

14

Su función es que sirven como memorias para guardar una información, ósea almacenarla en los bits que tengamos a nuestra disposición, una cosa muy común encontrado en computadores u otros medios de almacenamiento.

1.7.2 Registros digitales Cuando yo escribo un registro, estoy grabando un bit en la memoria mientras que cuando leo un registro, estoy recuperando un bit de la memoria. Los registros volátiles pierden la memoria al ser des energizados. O sea, si yo saco la batería de un circuito que tiene registros volátiles esa memoria se pierde.

1.8 Conversión A/D, D/A ADC: Cumplen 2 funciones -Muestrean la señal a tasa de muestreo fs -Cuantizan la señal a una resolución de 8 bits La ventaja de esto es que muestra millones de veces por segundo lo cuantizado únicamente entre 8 y 24 bits.

Entonces nos permite que la muestreada sea más precisa, quiere decir una señal analógica, pues aquí los arduinos nos ayudan ya implementado este componente.

COMPARADOR: compara voltajes análogos, su salida es 1 o 0 dependiendo de cuál es mayor, pues si se parecen mucho, no habría una gran estabilidad.

DAC: Es lo contrario a ADC, pueden funcionar en tasas de millones de veces por segundo y resoluciones de entre 8 y 24 bits.

15

Trata de mantener el valor digital en su versión analógica en el tiempo que esta transcurra.

1.9 Amplificación y Filtrado Pues lo que veremos en este tema es amplificar señales muy pequeñas para conectarlas a un ADC, pues necesitamos hacerla más grande, multiplicando el voltaje o lo mínimo por alguna ganancia.

1.9.2 Amplificadores electrónicos Es un tipo de circuito electrónico o etapa de este cuya función es incrementar la intensidad de corriente, la tensión o la potencia de la señal que se le aplica a su entrada; obteniéndose la señal aumentada a la salida. Para amplificar la potencia es necesario obtener la energía de una fuente de alimentación externa.

1.9.3 Teorema de Nyquist El teorema trata del muestreo, que no debe ser confundido o asociado con la cuantificación, proceso que sigue al de muestreo en la digitalización de una señal y que, al contrario del muestreo, no es reversible (se produce una pérdida de información en el proceso de cuantificación, incluso en el caso ideal teórico, 16

que se traduce en una distorsión conocida como error o ruido de cuantificación y que establece un límite teórico superior a la relación señal-ruido). Dicho de otro modo, desde el punto de vista del teorema, las muestras discretas de una señal son valores exactos que aún no han sufrido redondeo o truncamiento alguno sobre una precisión determinada, es decir, aún no han sido cuantificadas.

1.9.4 Acondicionamiento de señales Con esto vamos a amplificar y filtrar señales antes de convertirlas a dominio digital e incluso filtrar señales de salida de un DAC.

2.1 Microprocesadores y la plataforma arduino Un microprocesador es un dispositivo integrado que posee entrada, registros y almacenamiento para comunicarnos con el mundo real, pues son programables.

Se le llama microprocesador a la parte de un CPU que se clasifica como un componente electrónico compuesto por cientos de miles de transistores integrados en una placa de silicio. Se trata del elemento clave en la conformación de un ordenador, pues aquí es donde más se encuentra este dispositivo.

Arduino: Es una plataforma de código abierto que está basado de hardware y software fácil de usar, una combinación que nos permite realizar un proceso con las herramientas que yo necesite, y plantearlo en una tarjeta de desarrollo.

En un arduino podremos crear nuestros propios circuitos con la información que posee diversas funciones fácil de usar y una de las más usadas en el mundo.

Mediante la explicación del video podemos comprobar que arduino es un software que nos permite llevar nuestras configuraciones a lo físico, pues podemos implementar funciones para controlar por ejemplo el tiempo de encendido o apagado de un led, pues consta de unas funciones necesarias para que obedezca el tiempo que hemos establecido en nuestra configuración, las funciones que este 17

posee nos permiten más que todo modificar el tiempo de funcionamiento de un componente.

Mediante sus nombres y parámetros, vamos a enfocarnos en una caja negra para realizar una función que en si nose como se hace internamente, pero la idea es asignar datos para su correcto funcionamiento.

Declaramos los pins que están señalados con números para hacer el funcionamiento de por ejemplo un led, el voltaje circula y se plantea el tiempo en que este se encenderá o apagara, el proceso se repetirá cuanto pueda el programa, aunque es necesario realizar las modificaciones adecuadas y correctas para que funcionen, aunque la placa es necesaria para llevar acabo el experimento, seguido de eso podemos modificar valores, como por ejemplo el resultado sería que el led prenda y apague más rápido según el tiempo establecido.

2.2 El Hardware

18

Protoboard:

2.3 Entradas y Salidas del Digitales El punto es que cuando no haya nada conectado quede en “1 logico” (salida a tierra o salida a VdO), mediante la configuración especifica podremos configurar correctamente la entrada y el inicio de la entrada configurada, modificar o cambiar su corriente, pues los pin serán algo necesario en el trabajo.

Inicializar el protocolo y enviar datos desde el micro controlador, pues de esta manera parte la información que queremos mandar al circuito para que cumpla el trabajo especificado.

2.3.1 Comunicación serial En este caso trabajamos con un texto determinado en la parte “Serial.print (“el contenido”) , ya sea en letras o valores, pues podemos usar variables a nuestra disposición, pues son necesarias las siguientes funciones: Serial.begin (tasa_datos): Serial.print (“El contenido”) Serial.printin (“El contenido”) Variable: Es un espacio para guardar un dato, tiene asociado un nombre, un tipo y un valor, aunque utiliza espacio en la memoria está determinado por el tipo de variable, el cual no tiene significado (o nosotros lo aplicamos).

Una variable es la expresión simbólica representativa de un elemento no especificado comprendido en un conjunto. Este conjunto constituido por todos

19

los elementos o variables, que pueden sustituirse unas a otras es el universo de variables. Se llaman así porque varían, y esa variación es observable y medible.

Las variables pueden ser cuantitativas, cuando se expresan en números, como por ejemplo la longitud o el peso. Las variables cualitativas expresan cualidades, por ejemplo, designar con letras las preferencias de los estudiantes por sus materias de estudio.

Se declara la variable y se crea espacio en memoria por medio de: Tipo nombre: Int: Nombre (variable); Se declara la variable y se asigna un valor Tipo nombre=valor; Int Nombre=0; Char: Es un tipo de dato que utiliza el byte para almacenar un carácter, el cual se define con comillas, es decir asignamos un numero dentro de las comillas precedido del “;” Char ejemplo = “x” Char ejemplo = “numero”

20

Las variables son necesarias, ya que usamos el valor en muchas partes, pues lo necesitamos de una forma obligada y es lo que necesitaremos calcular, este también debe tener un código en el uso de la variable, esta depende del uso de operaciones matemáticas y lógicas, necesitamos saber con exactitud la necesidad lógica de dicha variable (lo más importante en la programación).

Con una vez que pongamos la variable ya nos ayudara a detectarla en todo el código, lo cual facilitara la lectura y resultado de este.

Arreglos: Es una colección de variables que pueden ser accedidas mediante un índice, también donde nos podemos guiar mediante una variable, como por ejemplo las variables, pues podemos declarar dicho arreglo en los símbolos, quiere decir aclarárnoslos en el circuito.

Las variables de un arreglo deben ser de un mismo tipo, pues este rango se define solo una vez, pues ya hay que tener definido el arreglo que se vaya a ocupar, pues es importante, las variables juegan un papel importante, hay que aclarar que este arreglo ya debe tener orden para su correcto funcionamiento, pues tendremos que ser específicos al aplicar esta fórmula:

En este caso a medida de la programación podremos agregar las variables en los lugares adecuados ([]), el largo debe ser consistente con el número de valores que se coloquen en la formula, basándonos en lo anteriormente aprendido utilizamos el “int” y el uso del “pin” para establecer un número y que este se dirija hacia el componente que en este caso hayamos tomado en cuenta en el número, el setup también juega un factor importante, una sintaxis a seguir para que se cumplan las variables puestas en la formula.

En el uso de arreglos nos permite: 21

-Agrupar variables.

-Manejo de gran cantidad de datos (incluso controlarlos).

-Eficiencia en los códigos.

-Uso de variables en ciclos, también nos permite el uso de strings (esta es una secuencia ordenada).

String: Es una variable usada para el texto, que también puede ser una secuencia ordenada de datos, una cadena de caracteres es una sucesión de carácter como letras o números. Si no se ponen restricciones al alfabeto, una cadena podrá estar formada por cualquier combinación finita de los caracteres disponibles (las letras de la 'a' a la 'z' y de la 'A' a la 'Z', los números del '0' al '9', el espacio en blanco.

Esto también depende a los datos que coloquemos, pues también necesitan un orden específico en su elaboración y lectura.

También está presente en un char, la diferencia es que este debe ser igual a los anteriores, si no es igual no es asignado y no funcionaría al momento de configurar dicho string char (tiene que terminar en un carácter nulo si es char).

Mediante dicho proceso lo que hará el string es guardar lo establecido en comillas, pues es la función de este en parte.

Si implementamos las mismas variables en este string, en el caso del string char notaremos que el resultado tendría que ser el mismo en la función que se esté empleando, ya que busca la solución ante todas las variables colocadas mediante el string.

2.4 Operaciones aritméticas y funciones con retorno: Aquí nos generalizaremos en arduino, en las cuales tenemos disponibles las operaciones tales como suma, resta, multiplicación, división (las operaciones básicas) más fundamentales en este tema:

22

2.4.1 Funciones con Retorno: En este caso, si suponemos que tenemos una caja negra participara de este retorno con el fin de resolver algo, tiene un tipo definido y puede ser asignado en una variable, quiere decir que es de gran utilidad: Tipo mivariable; Mivariable = función_ejemplo (parámetro 1, parámetro 2); En este caso puedo asignar una respuesta a una variable, y como tipo tiene un consistente a la función, pues al recibir esos parámetros realiza las acciones necesarias para recibir una respuesta, principalmente esa es la idea de las funciones, hacen la acción para llevarnos al resultado aplicando las variables y los parámetros utilizados en la formula, pues nos especifica el resultado al que queremos llegar.

2.4.2 Funciones matemáticas: Estas funciones aceptan cualquier tipo de variable, y entregan una variable del mismo tipo, podemos operar con chars, también podemos usar cualquier tipo de variable para detectar una solución, como por ejemplo podemos usar el mínimo o el máximo, valor absoluto o detectar la variable entre 2 o más números.

23

En cuanto a otros tipos de funciones que este puede emplear potencias, raíz cuadradas y funciones trigonométricas, tienen una particularidad que sus imput son tipo float y el retorno es de tipo doublé, los cuales en arduino son los mismos, lo cual nos facilita la comprensión de esto.

Su principal función es resolver cálculos más complicados, que de por si nos redactaran una respuesta a lo que nosotros cambiemos en las variables, que ya especificamos que pueden ser letras o números y nos evitan un largo proceso que nos llevaría tiempo, pues en arduino tenemos disponibles dichas ventajas para facilitarnos.

Si se excede el rango de una variable, la variable se da la vuelta. ¿Cómo es esto? Recordemos que los int pueden ir desde menos 32768 hasta 32767. Entonces qué pasa si yo intento asignar un valor 32768 en una variable de tipo int. Es 1 más que el valor máximo, por lo tanto lo que va a pasar es que en vez de almacenarse el valor que yo quise, esto se va a dar toda la vuelta y va a almacenarse su valor mínimo. De la misma forma con un int sin signo que van desde 0 hasta 65535. ¿Qué pasa si yo quiero asignar el valor 65536? Lo mismo, es 1 más que el valor máximo permitido y se devuelve a 0. ¿Qué pasa si quiero asignar 65537? Voy a obtener el valor 1 y así, si me excedo de un valor me doy toda la vuelta y empiezo desde el principio.

Otra cosa que también sucede en la división, es que se trunca al usar numeros enteros, que quiere decir esto, si por ejemplo aplicamos la formula y dividimos 5/2 el resultado nos daría 2 y no 2.5 (como en realidad debería ser), pues tendremos que realizar esto en float, aunque en float los cálculos son mucho más lentos y ocupan más memoria, pero con el fin de calcular los decimales que dicha operación debería tener.

En resumen lo que se quiere es obtener resultados con más precisión.

2.5 Programas y control de flujo

24

Aquí recordamos que el bit es la unidad de información más pequeña, en este caso esto nos permite guardar la información anteponiendo una p si quiero escribir un número (puede ser en base decimal) 2.5.1 Operaciones lógicas por bit Hay que tomar en cuente que en el proceso de esta medición tenemos las compuertas NOT, AND Y OR, que podemos aplicarlas bit a bit, por ejemplo con una variable entera.

Aplicando operaciones lógicas por bit puedo cambiar un bit en particular de una variable y no operar sobre la variable completa.

Aunque lo que más debemos tomar en cuenta es que los bits son modificables, pero con el fin de que los resultados sean más precisos, es decir aplicamos procesos definidos en los métodos binarios para que de esta manera el NOT, AND Y OR cumplan con un proceso especifico, las operaciones se realizan bit por bit para entender el propósito que se realiza.

2.5.2 Bulianos y operaciones de comparación Son variables especiales para realizar operaciones booleanas, pueden tomar solo los valores true o false (verdadero o falso), aunque usan un byte de memoria, operan sobre la variable y no de bit a bit.

En este caso tendrán una sintaxis diferente pero con la misma intención de identificar un resultado, pues existen operaciones que necesitan este tipo de operación, ya que el resultado solo se dará en “true o false”

Por ejemplo:

a=1

a==1 25

Si a =1 (true o false) Una vez especificado el procedimiento podremos comparar si el resultado llega a ser menor, mayor, menor igual o mayor igual

SI a < =1: Verdadero SI a > =1: Falso Según las variables que tengamos en mente.

2.5.3: El comando IF (Condiciones) Aquí agregaremos condiciones y la secuencia para que un programa funcione, en el caso del comando if permite establecer una condición para ejecutar una porción de código, es decir una parte de ello.

Si la condición establecida tiene como resultado “true” entonces ejecuta el código, si es false sigue de largo, pues sigue las instrucciones establecidas:

Ejemplo if Empezamos!

0 1 2 3 4 5 6 7 8

26

9 10 Volvemos a empezar 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Esta representación es la forma en el que el comando IF trabaja, pues dependiendo de la ley que establezcamos los resultados serán verdaderos o falsos (true o false), la condición usa una variable boleana llega a ser equivalente, incluso realizar combinaciones para expresar el código.

Con el paso del tiempo y la práctica se podrán realizar códigos más complejos, siguiendo los procesos que se están aprendiendo, en si las combinaciones también nos tendrían que dar el resultado “true o false”.

Else Una breve explicación de este es que si se tienen 2 o más códigos este asignaran el valor de true o false a cualquiera de los 2 códigos que se hayan tomado en cuenta, quiere decir 2 alternativas El propósito de las condiciones es ejecutar los códigos realizados mediante las formulas establecidas.

27

2.5.4 Loops: For y While Un loop consiste en uno o varios simples sincronizados que ocupan generalmente uno o varios compases musicales exactos y son grabados o reproducidos enlazados en secuencia una vez tras otra dando sensación de continuidad.

En donde puedo ingresar un código en los corchetes para determinar un curso, aunque no es tan controlable como uno quiera, pues si podemos controlar según una condición.

While Se va a repetir indefinidamente mientras la condición impuesta sea cierta:

While(condición){ // Código } En estos casos, la condición será cierta siempre y se vuelve a ejecutar, pues así será mientras no cambie, de igual manera si la condición es falsa se volverá a ejecutar para que sea falsa.

El loop for Permite ejecutar una sección de código un número definido de veces según una regla establecida, quiere decir un límite de veces mientras que nosotros establezcamos la regla necesaria para que se cumpla, refiriéndose a la inicialización, condición e incremento que este tiene en la formula, para ser más específico:

28

Esta condición se basa en el incremente de una variable, se ejecuta y paso siguiente se incrementa, en resumen lo implementado en la formula se incrementara para modificar el código.

Es muy conveniente para recorrer arreglos, hacer alguna función varias veces.

2.6 Funciones En este caso lo que aprenderemos a realizar es crear nuestras propias funciones y su instrucción interna, pueden ser utilizados para crear un código ordenado o módulos de código que podemos llamar dentro del programa, es decir otro método de orden usando lo aprendido, la diferencia es que aquí si podremos crear nuestras propias funciones dependiendo de lo que necesitemos siguiendo una sintaxis internamente como parte del fundamento.

29

Una sintaxis es un orden el cual debemos seguir para llegar a resultados, en este caso incluye loop y setup las cuales también son funciones, aquí podemos especificar el tipo de retorno y los parámetros (si es que hay).

Tenemos que asimilar el tipo declarado en la función, retornos como int o string, en este caso pueden recibir parámetros para saber cómo funciona en la determinación de dicha función.

Las funciones sin retorno, hay una diferencia que en vez de dar un tipo se llama void (setuo, loop) recibiendo parámetros y con una función con nombre para ejecutar el código.

Hay que tener cuidado con el uso del return, usarlo cuidadosamente para que no haya fallos. Si empezamos con una variable sin retorno, esta se repetirá, pues asi esta especificada la función.

2.6.1 Interrupciones Es muy eficiente en componentes que sean de mayores partes, no solo un led, es una alerta que se activa cuando ocurre un determinado evento, quiere decir que se activa una alerta, ejecuta una rutina legada, pues gracias a esto el programa se guarda por seguridad, y cuando la alerta pase, podremos continuar con nuestra rutina.

Alertas externas Estas se originan según el valor de un pin en el computador, se originan cuando cambia el valor bajo, alto o se originan cuando un pin específico está en valor alto en cualquier instante.

Son muy útiles para leer botones, ver cambios en sensores y pueden venir en comillas desde a dentro, el programa en alguna parte lo modifica, de todas formas la alerta se va a activar porque esta bandera que está esperando activarse solo mira el estado del pin. No mira por qué cambió de valor 0 a valor 1, sino que solamente mira que hubo un cambio.

30

En arduino tienen una forma fácil de usar estos pines de alerta, el cual también se puede definir por un número.

Mediante la definición de dicha alerta podremos tener más posibilidades de seguridad ante por ejemplo el cierre imprevisto de un circuito, pues este permite que se guarde la información procesada y también seguir el proceso de los pins para la misma funcionalidad, pues tratamos de llegar a los resultados más exactos posibles sin dejar de lado el método por el cual se debe colocar.

Incluso podemos activar y desactivar esta función alrededor del progreso al momento que deseemos, digamos que de esta forma se desactiva la alerta.

La ISR es la rutina de la interrupción y también se ejecuta cuando la interrupción se activa, la ISR es una función sin retorno ni parámetros, es una función que en si hace una sola cosa, la que especifiquemos. Hay que tomar muy en cuenta la modificación de variables dentro de la interrupción.

3.0 Circuitos, mallas, nodos y tierra El circuito eléctrico es una trayectoria por la cual se desplazan las cargas eléctricas, quiere decir un método que lo vemos prácticamente en nuestros hogares, esto también depende de los componentes que ayudan a hacer circular dicha energía, como son las baterías y transmitirla mediante el circuito presente.

Permiten generar, transportar y utilizar la energía eléctrica con la finalidad de transformarla en otro tipo de energía como, por ejemplo, energía calorífica (estufa), energía lumínica (bombilla) o energía mecánica (motor), Las cargas eléctricas que constituyen una corriente eléctrica pasan de un punto que tiene mayor potencial eléctrico a otro que tiene un potencial inferior.

31

Es aquel que podemos controlar mediante componentes para que su corriente fluya o se detenga, un ejemplo de este son los interruptores que al moverlos podemos ver que la corriente deja de pasar y apaga el componente que funcione con esa energía.

Hay circuitos que pueden ser muy complicados, poseen muchísimos componentes, cada una con una función importante en este circuito, como por ejemplo en un circuito básico donde la batería es la que pasa dicha energía, también depende de una resistencia para regular el paso de energía, en esto entraría lo que son los ramas, mallas, nodos, tierra.

3.1 Leyes Circuitales Ley de Ohm: La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo.

El flujo de corriente en ampere que circula por un circuito eléctrico cerrado, es directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado, e inversamente proporcional a la resistencia en ohm de la carga que tiene conectada.

3.1.2 Resistencia: Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.

32

Colores de las Resistencias

3.1.3 Leyes de Kirchhoff La primera Ley de Kirchhoff: En un circuito eléctrico, es común que se generen nodos de corriente. Un nodo es el punto del circuito donde se unen más de un terminal de un componente eléctrico. Si lo desea pronuncie “nodo” y piense en “nudo” porque esa es precisamente la realidad: dos o más componentes se unen anudados entre sí (en realidad soldados entre sí). En la figura 1 se puede observar el más básico de los circuitos de CC (corriente continua) que contiene dos nodos.

Segunda Ley de Kirchhoff: Cuando un circuito posee más de una batería y varios resistores de carga ya no resulta tan claro como se establecen las corrientes por el mismo. En ese caso es de aplicación la segunda ley de Kirchhoff, que nos permite resolver el circuito con una gran claridad.

La resistencia en serie consiste simplemente en conectar la “salida” de una resistencia a la “entrada” de otra en un circuito. Cada resistencia adicional colocada en un circuito se agrega a la resistencia total de dicho circuito.

La fórmula para calcular el total de un número “n” de resistores en serie es: Req = R1 + R2 + .... Rn

33

Un potenciómetro es una Resistencia Variable. Así de sencillo. El problema, o la diferencia, es la técnica para que esa resistencia pueda variar y como lo hace.

Los potenciómetros limitan el paso de la corriente eléctrica (Intensidad) provocando una caída de tensión en ellos al igual que en una resistencia, pero en este caso el valor de la corriente y la tensión en el potenciómetro las podemos variar solo con cambiar el valor de su resistencia. En una resistencia fija estos valores serían siempre los mismos. Si esto no lo tienes claro es mejor que estudies las magnitudes eléctricas (enlace en lo subrayado).

Las resistencias en paralelo ocurren cuando las “entradas” de dos o más resistores están unidas y las “salidas” están unidas.

La ecuación para calcular el total de resistores “n” en paralelo es: Req = 1/{(1/R1)+(1/R2)+(1/R3)..+(1/Rn)} Aquí hay un ejemplo, dadas R1 = 20 Ω, R2 = 30 Ω, y R3 = 30 Ω.

La resistencia total equivalente para los 3 resistores en paralelo es: Req = 1/{(1/20)+(1/30)+(1/30)} = 1/{(3/60)+(2/60)+(2/60)} = 1/(7/60)=60/7 Ω = aproximadamente 8,57 Ω.

34

3.1.4 Método de las mallas Es un método para resolver circuitos, las incógnitas son las corrientes de malla. Se plantea una ecuación de ley de voltajes de Kirchoff por cada corriente desconocida. Entonces si el circuito tiene N mallas, el circuito, el sistema va a tener N ecuaciones.

3.1.5 Método de Nodos Las incógnitas son voltajes de nodo, se plantea una ecuación de la ley de Kirchhoff por cada voltaje desconocido, uno de los nodos es el nodo de referencia o tierra y su voltaje es 0, por lo tanto si los circuitos tienen N nodos el sistema tiene N-1 ecuaciones.

35

3.2 Capacitancia e Inductancia Son componentes que almacenan energía de alguna forma, como por ejemplo los capacitadores (forma de campo eléctrico) e inductores (forma de campo magnético), la capacitancia se mide en Farad (F) y la inductancia se mide en Henry (H).

El capacitador es un circuito abierto a baja frecuencia y un cortocircuito de alta frecuencia:

I= Cdv/dt = ecuación que modela el comportamiento del capacitador.

E=1/2CV^2 = la energía almacenada por un capacitador.

Inductores: La ecuación que modela el comportamiento de un inductor es: V= L (dI/dt).

La energía que almacena un inductor es: E= 1/2LI^2 Un inductor es un cortocircuito a baja frecuencia y un circuito abierto a alta frecuencia.

3.2.1 Circuitos estáticos y dinámicos -Tienen memoria o condición inicial -Producen una respuesta que varía en el tiempo -La respuesta depende de una entrada y de la función de transferencia de un circuito.

36

Los Inductores son elementos lineales y pasivos que pueden almacenar y liberar energía basándose en fenómenos relacionados con campos magnéticos. Una aplicación de los inductores, consistente en bloquear ("choke" en inglés) las señales de AC de alta frecuencia en circuitos de radio, dio origen a que con dicho término (choque) se haga referencia a los inductores que se emplean en aplicaciones donde su valor no es crítico y que por lo tanto admiten grandes tolerancias.

Básicamente, todo inductor consiste en un arrollamiento de hilo conductor. La inductancia resultante es directamente proporcional al número y diámetro de las espiras y a la permeabilidad del interior del arrollamiento, y es inversamente proporcional a la longitud de la bobina.

3.2.2 Análisis de tiempo Es una supresión entre 2 partes: Un transiente: describe las respuestas del circuito ante un cambio abrupto en sus condiciones y decae a 0 luego de un tiempo suficiente.

Una respuesta estacionaria: donde permite que se mantenga el tiempo hasta el infinito y puede ser representada por componentes en frecuencia.

37

3.2.3 Respuesta transiente Es la respuesta de un circuito que decae en el tiempo, quiere decir que su respuesta se basa en la disminución del tiempo.

Muchos criterios de diseño se basan en tales señales o en la respuesta del sistema a los cambios en las condiciones iniciales (sin señales de prueba). El uso de señales de prueba se justifica porque existe una correlación entre las características de respuesta de un sistema para una señal de entrada de prueba común y la capacidad del sistema de manejar las señales de entrada reales.

Orden de un Circuito En este tema lo fundamental se relaciona con el número de condiciones iniciales de ese circuito, pues se reducen a combinaciones de primer orden o de segundo orden, aunque el curso piensa enfocarse en el primer orden el cual es el MOOC, en donde las respuestas pueden llegar a oscilar.

Los circuitos de primer orden son aquellos que almacenan un solo elemento (tipo de energía). Para calcular este primer orden necesitamos conocer lo siguiente en la orden: -El valor inicial de la respuesta.

-El valor final de la respuesta.

-La constante de tiempo en el circuito.

38

Pues nos permite saltarnos la ecuación diferencial y hacer una ecuación muy sencilla, el valor inicial es el primer valor que entrega el circuito, cuando el capacitor es un cortocircuito o el inductor es un circuito abierto El valor final es el que tiende a un circuito frente a un estímulo y puede ser calculado cuando el capacitador es un circuito abierto e el inductor es un cortocircuito.

Constante de tiempo Es aquel que tiene que ver con el tiempo que demora la respuesta de un circuito en ir desde el valor inicial al valor final (una cuestión de tiempo) Volviendo al circuito de primer orden, aquí se demuestra que el valor inicial va recorriendo hasta el valor final, según las constantes de tiempo se van estableciendo el porcentaje (%).

Ese es el resumen acerca de lo que se trataría un circuito de primer orden, se va estableciendo el % a medida de la disminución del tiempo.

3.3 Filtros Un filtro eléctrico es un circuito de manera diferente a frecuencias diferentes, se expresarían como pasa altos que deja pasar frecuencias altas, pero atenúa las frecuencias bajas, puede dejar pasar las frecuencias intermedias, quiere decir que actúa contra las frecuencias altas y bajas, podemos darnos una idea de este tipo de filtro mediante un diagrama de magnitud vs frecuencia.

3.3.1 Magnitud vs frecuencia La magnitud es una medida asignada a cada uno de los objetos de un conjunto medible, formados por objetos matemáticos. La noción de magnitud concebida así puede abstraerse a objetos del mundo físico o propiedades físicas que son susceptibles de ser medidos.

Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.

-A baja frecuencia los capacitadores son circuitos abiertos y los inductores son cortocircuitos 39

-A alta frecuencia los capacitores son cortocircuitos y los inductores son circuitos abiertos.

Es posible implementar filtros empleando elementos de energía (C o L).

En si actúa a diferentes frecuencias dependiendo del circuito empleado, ya sea mayor o menor frecuencia, actúan elementos de energía que permiten el funcionamiento de este (ya sean frecuencias altas o frecuencias bajas) pero siempre tiene esta función en concreto.

Actúa entre las frecuencias altas y bajas pues nos quiere dar valores determinados en el circuito, esto se da pasando las frecuencias intermediarias, las cuales mencionadas con anterioridad son aquellas que actúan en contra de las frecuencias altas y bajas.

3.4 Amplificadores Fuentes dependientes: Son fuentes cuya variable de salida es una función de otra variable del circuito (ósea la utilización de variables de un mismo circuito) Son fuentes dependientes aquellas cuya tensión o corriente es proporcional a la tensión o corriente por alguna rama del circuito.

Como características están: -Fuente de voltaje controlada por voltaje (VCVS) -Fuente de corriente controlada por corriente (CCCS) .Fuente de voltaje controlada por corriente (CCVS) -Fuente de corriente controlada por voltaje (VCCS) En este caso asimilamos el voltaje como la fuente principal de funcionamiento en este tema, pues es capaz de aportar energía en un circuito con el fun de controlarla, ya sea por medio de estas fuentes.

40

Una fuente controlada por el voltaje tiene que sensar o medir el voltaje de control, la medición no debe tomar energía del voltaje, la medición debe ser realizada mediante una resistencia infinita de manera que V^2/R=0.

Esta medición no debe tomar energía de la corriente de control, debe ser realizada mediante una resistencia nula de manera que sea I^2R= 0.

3.4.1 El amplificador Un amplificador es todo dispositivo que, mediante la utilización de energía, magnifica la amplitud de un fenómeno. Aunque el término se aplica principalmente al ámbito de los amplificadores electrónicos, también existen otros tipos de amplificadores, como los mecánicos, neumáticos, e hidráulicos, como los gatos

41

mecánicos y los boosters usados en los frenos de potencia de los automóviles.

Amplificar es agrandar la intensidad de algo, por lo general, sonido.

Son aquellos que amplifican el valor de una variable, provocan que si salida sea parecida a la entrada, pero amplificada por una constante en (V/V, A/A, V/A O A/V), con impedancia de entrada y salida.

3.4.2 ¿Que entendemos por amplificador?

Algunas veces la amplificación puede causar que la señal a la salida del amplificador salga distorsionada causada por una amplificación muy grande o por efectos propios del amplificador. Hay que tomar en cuenta que un amplificador no puede tener en su salida niveles de voltaje mayores a los que la fuente de alimentación le puede dar.

Amplificadores muy conocidos por todos, son los amplificadores de audio. En estos casos lo que se logra es amplificar una señal de audio muy pequeña que se obtiene de un micrófono o fuente de sonido como CD o DVD. Como el voltaje de la fuente de alimentación no es muy elevada (caso de amplificadores a transistores), lo que se amplifica es la corriente. (Ver la fórmula de potencia anterior) La salida del amplificador de audio se aplica a uno o más parlantes que transforman las señales eléctricas en ondas sonoras.

3.4.3 Tipos de amplificadores Amplificador lineal: Los amplificadores de potencia (AP) se usan cuando la eficiencia y la salida de potencia de un circuito amplificador son las consideraciones importantes. Los diversos tipos de amplificadores de potencia se identifican por sus clases de operación, es decir, clases A, B, C, D, E, F, G, H. Salvo los de clase A, los demás tipos de amplificadores se diferencian fácilmente de los de señal débil por sus configuraciones circuitales, sus métodos de operación o por ambos. No hay una línea definida de separación entre los amplificadores clase A y los de señal débil, la elección de términos depende de la intención del diseñador.

Amplificador de banda angosta o sincronizada: En otras palabras se definen como amplificadores de sincronización de audio, esto quiere decir que tenemos a disponibilidad más amplificadores con la función de producir sonido o funciones determinadas.

Amplificador de RF: Los amplificadores de RF son sencillamente dispositivos en los que se tienen en cuenta parámetros que incrementan proporcionalmente con la frecuencia y que influyen en la respuesta del mismo con el tiempo, estos dispositivos son importantes para poder analizar fenómenos y utilizarlos a más grande escala.

42

Amplificador de audio: En esta categoría, tenemos como ejemplo el parlante, su función es expresar el audio que sale por este, pues como ejemplo, son aquellos que los encontramos en muchos artefactos electrónicos, tales como son los parlantes, bocinas, pues estos son más conocidos por la música, ya que son usados para la salida de ella, quiere decir que podemos modificar su tipo de volumen, alto o bajo, es muy habitual usarlo en la música, pues expresa la tonalidad que queramos aumentar.

Amplificador Operacional: Un amplificador operacional, a menudo conocido op-amp por sus siglas en inglés (operational amplifier) es un dispositivo amplificador electrónico de alta ganancia acoplado en corriente continua que tiene dos entradas y una salida.

En esta configuración, la salida del dispositivo es, generalmente, de cientos de miles de veces mayor que la diferencia de potencial entre sus entradas.

En si lo que generaliza el amplificador es un aumento de una magnitud pequeña y la más usada es en el sonido, tienen esa función principal para ayudarnos, es uno de los más utilizados en la industria general, ya sea investigación, entretenimiento, etc.

3.4.4 Dispositivos electrónicos Diodos y leds: El diodo es un dispositivo semiconductor de 2 terminales, nos permite el paso de corriente en una dirección, como una válvula de corriente, sus terminales son de Ánodo a Cátodo.

Permite el paso de la corriente en un solo sentido. La flecha de la representación simbólica muestra la dirección en la que fluye la corriente. Es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede encontrar prácticamente en cualquier circuito electrónico.

Los leds: Un led es otro tipo de diodo, el cual produce luz, El LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz. Existen diodos LED de varios colores que dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo, entre otros.

Eléctricamente este componente se comporta igual que un diodo de silicio o germanio. Si se pasa una corriente a través del diodo semiconductor, se inyectan electrones y huecos en las regiones P y N, respectivamente. Dependiendo de la magnitud de la corriente, hay recombinación de los portadores de carga (electrones y huecos). Hay un tipo de recombinaciones que se llaman recombinaciones radiantes (aquí la emisión de luz).

43

El voltaje que un led requiere para funcionar, requiere de su color para funcionar, a veces de la tecnología de fabricación, típicamente con unos 10mA corriente para encender un led, en un circuito este necesita a la resistencia obligadamente para proporcionar un voltaje adecuado y se encienda, por ejemplo una batería de 9V en si supera los voltajes de los colores de leds representados anteriormente, pues la resistencia lo que hará es bloquear el paso de dicha corriente, ya sea dependiendo de su medida, pues si quiero prender un led lo que se necesita por ejemplo sería una resistencia de 10mA, 1A, etc.

Aparte son uno de los componentes más usados y más fáciles de comprender, pues su distribución es increíble, existen leds RGB poseen 3 colores, que poseen 4 patas (ánodo común o cátodo común) en lo cual podemos dar corrientes diferentes y cambiar al color que desee (azul, verde, rojo).

3.4.5 Transistores MOS: El mosfet es un transistor de efecto de campo con 3 terminales (compuerta (gate, G), Dren (drain, D), Fuente (source S)) es una especie de válvula de corriente, que puede controlar la corriente en función de un voltaje.

Gracias a esto se pueden realizar amplificadores.

Tiene 3 regiones de operación: Corte: Transistor apagado, switch abierto, alta resistencia, no deja pasar corriente Activa o saturación: Transistor conduce y su corriente es sensible al voltaje entre terminales (VCCS), pueden ser usado como amplificador Triodo: Transistor encendido, swith cerrado, presenta baja resistencia, también puede funcionar como capacitador.

3.4.6Transistores BjT El transistor de unión bipolar es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite aumentar la corriente y disminuir el voltaje, además de controlar el paso de la corriente a través 44

de sus terminales. La denominación de bipolar se debe a que la conducción tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad en gran número de aplicaciones; pero tienen ciertos inconvenientes, entre ellos su impedancia de entrada bastante baja.

¿Cómo determino región de operación?

-Asumo que está en región activa -Calculo voltajes y corrientes -Determino si realmente está en región activa 3.4.7 BJT como amplificador Permite aumentar amplitud de un voltaje o una corriente, en estas configuraciones y variantes posibles, basadas en un amplificador, ya sea común, se tomara en cuenta la alta ganancia de voltaje, alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida, ganancia o voltaje unitario, alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida.

3.5.1 Otros dispositivos Fotodiodos: Es un dispositivo que conduce una cantidad de corriente eléctrica proporcional a la cantidad de luz que lo incide (lo ilumina).

Si el fotodiodo es polarizado en directa, la luz que incide no tendría efecto sobre él y se comportaría como un diodo semiconductor normal. (Recuerde, el fotodiodo trabaja en inversa). La mayoría de los fotodiodos vienen equipados con un lente que concentra la cantidad de luz que lo incide, de manera que su reacción a la luz sea más evidente. A diferencia del LDR o fotorresistencia, el fotodiodo responde a los cambios de oscuridad a iluminación y viceversa con mucha más velocidad, y puede

45

utilizarse en circuitos con tiempo de respuesta más pequeño. Esta cualidad también la tienen los fototransistores que serán vistos al final de este apunte.

Optocuplas: Es un dispositivo de emisión y recepción que puede funcionar como un interruptor, activado por la luz (como ejemplo un diodo led) que puede variar junto a este componente, este elemento se encuentra dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP. Se suelen utilizar para aislar eléctricamente a dispositivos muy sensibles, tiene en su interior un led, un amplificador y un fototransistor, su función primordial es aislar un circuito de otro para poder seguir, en uno lo que pase en el otro.

Celdas Solares: También conocido como paneles solares, que capta la energía solar (radiación solar) y lo aprovecha, el término comprende los colectores solares, usualmente para producir agua caliente doméstica o mejor dicho también pueden ser usados para fabricar energía eléctrica ya sea en efecto fotovoltaico, indirectamente mediante la previa conversión de energía solar a calor o a energía química.

Interruptores: Es un dispositivo que permite desviar o interrumpir el curso de la corriente eléctrica, sus aplicaciones son innumerables ya que gracias a ellos podemos facilitar el consumo de energía, debido a que la frenamos con esto, por medio del apagado o encendido que posee, mayormente los vemos en focos, pues al activarlo se encenderá y al desactivarlo se apagara.

Su expresión más sencilla consiste en dos contactos de metal inoxidable y el actuante. Los contactos, normalmente separados, se unen mediante un actuante para permitir que la corriente circule. El actuante es la parte móvil que en una de sus posiciones hace presión sobre los contactos para mantenerlos unidos.

Relé: Es un interruptor mecánico controlado eléctricamente mediante un electroimán, podemos usarla en conexiones de voltaje nominal y corriente nominal, existen varios tipos En si su función es ser un dispositivo electromagnético que, estimulado por una corriente eléctrica muy débil, abre o cierra un circuito en el cual se disipa una potencia mayor que en el circuito estimulador.

Controlador de Relé: Es posible controlar un relé para encender un motor a otro dispositivo, comandar el relé mediante un DjT, pues deja pasar corriente a través del circuito, un proceso mecánico que no funciona muy rápido, encendiendo o apagando en un tiempo largo, esta es la forma principal.

4.0 Periféricos 4.1 Sensores:

46

Existe una gran variedad de sensores, pues operan bajo una forma diferente, por lo general usan algún transductor, como por ejemplo energía mecánica, eléctrica, temperatura etc.

Salida de los Transductores Como convierte tipos de energía, su salida suele ser analógica y generalmente pequeña, limitada en voltaje de salida, podemos acondicionar las señales y proporcionarlas a las variables, puede limitar un ancho de banda.

-Puede ser ruidosa -En general se utilizan circuitos de acondicionamiento de señales para conectarlos a un micro controlador.

-Amplificadores -Filtros -ADCs 4.1.2 Actuadores Son dispositivos controlados eléctricamente y producen una acción en el mundo físico, que consistes en factores que sean de calentamiento, enfriamiento, fuera mecánica, flujo de aire, presión, emisión de fotones y por ejemplo el sonido, también pueden alimentarse desde la señal de control como un LED. La luz emite fotones, como requieren de una fuente de alimentación, para comandar un actuador dependerá de cómo sea, si es una entrada analógica, puede ser especificada en excursión y banda, en general utilizan circuitos de amplificación para manejarlos en arduino.

Es posible emplear switch controlado por voltaje para su activación.

En cuanto a una señal digital de un solo bit que comanda un amplificador para energizar el actuador, quiere decir que puede controlar el encendido o apagado, una señal digital que respeta un estándar.

Conexión digital: Muchos actuadores pueden ser encendidos y apagados solamente con -Calefactor -Luz -LED -Motor Contaremos una salida digital del arduino mediante un relé (caso de un actuador de gran potencia) Transistor (actuador de baja potencia) Resistencia Puente.

47

4.1.3 Acondicionamiento y potencia El acondicionamiento es el que nos permite el tipo de funcionamientos, en la salida de la electricidad, mediante la entrada analógica, en resumen se está especificando que acondicionamos las funciones para especificar un resultado, ya sea como por ejemplo el de un parlante.

En este caso podemos acondicionar la batería por medio del circuito, para que so volumen sea o muy mínimo o máximo de volumen, pues su sonido será más fuerte si lo conectamos a la salida o entrada, pues la idea se torna que la acción sea más fuerte, incluso controlar la potencia que este crea al amplificarse, unas muchas mayores incluso.

En resumen al acondicionar la potencia buscamos tener un resultado específico en la función que nosotros estemos trabajando, en este caso el volumen del sonido, pero también se puede configurar como por ejemplo en la intensidad de luz, incluso que sirva como un aplauso si lo adaptamos.

4.2.1 Periféricos digitales 4.2.2 Estándares de comunicación Lo llamamos en general sensores y actuadores digitales, pues son más proporcionados en el mundo, ya que son más fáciles en su comprensión, pues también puede realizar la calibración digital.

48

También pueden funcionar por medio de bits, en cuanto a los periféricos estándar, son aquellos que cuentan con interfaz codificada de acuerdo a estándar (UART, SPI o I2C), arduino es capaz de procesar ese estándar.

Pues debe ser bien proporcionado dicho dato que necesitemos, pues tienen caracteres específicos al momento de realizar el proceso en arduino.

La idea de un periférico es el control de las situaciones control (maestro), esclavos (responden a la comunicación), especifican los pins que se van a conectar, pues es un control de comunicación, el arduino genera esa guía para todos los pin seleccionados para que responda, por medio de los comandos establecidos ya podremos especificar la entrada o salida especificada.

Pues en si los periféricos lo que hacen es dar una organización a dichos pins para manejar las reglas que uno establesca.

4.2.3 Comunicación Bluetooth Aquí aplicamos lo anteriormente aplicado, con funciones que lleven la operación específica para este mismo, especificando los datos seriales podemos leer lo que recibimos mediante esta comunicación y controlarla, el puerto serial es lo que tenemos que seguir, acoplamos la función que actuara en dicho objeto, pues es una rama más allá de este ámbito, para comunicarnos usaremos la siguiente tasa de datos.

También si queremos modificar la comunicación o desocupar, ponemos la función end, pues podemos reutilizar los pines que se nos presenten en las funciones, como siempre recalcando que los seriales son los que nos ayudan a la lectura de estos datos.

49

4.2.4 Modulo Bluetooth Los módulos de bluetooth HC-05 y HC-06 son módulos muy populares para aplicaciones con micro controladores 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 micro controlador, incluso sin realizar soldaduras. En esta entrada del blog vamos a explicar un poco del funcionamiento de estos módulos y como configurarlos.

También abordaremos las diferencias entre el HC-05 y el HC-06.

4.3.1 Motores MotorDC: Es un dispositivo electromecánico, que está conformado por 2 partes Una es el estator, que es lo que está afuera. Esto es lo que no gira. Y luego viene el rotor, que es la parte que gira (su alimentación es mediante escobillas).

50

Cuando la corriente eléctrica circula por la bobina de este electroimán giratorio, el campo electromagnético que se genera interactúa con el campo magnético del imán permanente. Si los polos del imán permanente y del electroimán giratorio coinciden, se produce un rechazo y un torque magnético o par de fuerza que provoca que el rotor rompa la inercia y comience a girar sobre su eje en el mismo sentido de las manecillas del reloj en unos casos, o en sentido contrario, de acuerdo con la forma que se encuentre conectada al circuito la pila o la batería. ¿Cómo se acciona?

Conectamos medio transistores que funcionan como switchs, pues da vías de escapes a la corriente vaya al motor y se disipe rápidamente sin elevar el voltaje, pues de esa manera puede girar en uno o 2 sentidos, el puente h es el circuito más usado para comandar estos circuitos y que giren en ambos sentidos, pueden ser comandados de manera diferente.

Pues aplicamos valores para encender o apagar los transistores para el paso de la electricidad para hacer correr el motor en un sentido, para que circule o deje circular la corriente, lo que permite el funcionamiento de motores a través del voltaje, encendiéndose o apagándose, un ejemplo muy común de estos es que lo podemos encontrar en augos (juguetes) de control remoto que de por sí ya vienen con los transistores adecuados para su funcionamiento.

4.3.2 Servo RC Es un dispositivo electromecánico cuyo eje gira para establecerse en el ángulo indicado por un comando eléctrico, pues esa es su principal función, establecerse en una posición específica y que nosotros queremos, tiene partes como: -Motor -Reducción -Electrónica de control Requiere alimentación de 4.8V-6V Los engranajes permiten aumentar el torque, reduciendo la velocidad, se mueven lentamente y hace apropiado en la aplicación de la robótica, en si requieren alimentaciones de 4.8 a 6v, hay que recordar alimentarlo con mas ya que podría emitir humo, mejor dicho consecuencias malas.

Con las modificaciones adecuadas podremos hacer que el servo tenga una movilidad precisa a lo que deseemos, pues podemos configurarla y hacer que cumpla nuestras expectativas, pues cabe recalcar que es un gran componente electrónico con múltiples usos en la misma 51

Es un dispositivo actuador que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y de mantenerse estable en dicha posición. Está formado por un motor de corriente continua, una caja reductora y un circuito de control, y su margen de funcionamiento generalmente es de menos de una vuelta completa.

Los servos RC convierten los comandos electrónicos del receptor en movimientos físicos que se trasladan a los mandos de los modelos (por ejemplo en un avión rc: alerones, elevador, etc.). Los servos se conectan a un canal específico del receptor para mover una parte específica del modelo rc y ejercerá un movimiento proporcional al movimiento que impongamos a los sticks de la radio.

4.3.3 Modificación de un servo Pues para modificar un servo lo primero que hacer es desconectar el acoplamiento sensor-eje y procederemos a girar el sensor de posición 90 grados, 90 grados la posición de medida, 90 grados la posición deseada, 10° el error de posición, pues no funcionaria, sin embargo podemos seguir modificando el servo de un motor para producir el movimiento hacia la dirección que quisiéramos, un rango limitado o un giro en forma continua.

Si cortamos la protuberancia que impide que se mueva 360°, a veces hay que sacar todos los engranajes para poder modificar nuestro servo, de ahí podrá moverse libremente, luego con el sensor de posición es moverlo, pues tiene un potenciómetro que debemos modificarlo y que indique al servo que gire 90°, pues así podemos alinearlo para que gire a lo que necesitemos (podemos usar arduino para modificar dicha función, una vez hecho eso ya tendríamos una rueda que gira 360°.

4.4 Diseño Macatrónico

52

El diseño macatrónico ya posee las 3 partes que son diseño mecánico, diseño electrónico y el software, podemos hacer nuestras simulaciones por medio del computador, pues así definimos lo general mediante el análisis del problema y enfocar la solución.

Hay que tomar muy en cuenta seguir estos pasos y si por alguna razón hemos fallado en alguno, tenemos que regresar al anterior o incluso al inicio para ver las probabilidades de fallo que se detectaron en la elaboración de esta simulación o proyecto en sí.

Un factor muy fundamental a la hora de realizar un proyecto, por más sencillo que pueda parecer lo tendremos que tomar muy en cuenta.

4.1 Diseño mecatrónico.

Una vez que la plataforma es funcional, programamos el software y el software nos permite depurar, mediante simulación, experimentos en el hardware.

Entonces, este es un ejemplo de sensor, actuador, comunicación, alimentación, procesamiento, acondicionamiento de señal y almacenamiento de datos. Todo esto que es muy abstracto, se puede llevar habitualmente a un sistema real, por ejemplo, tenemos un sensor de temperatura, que sería este sensor; tenemos un procesamiento, que convierte de análogo a digital, y nos permite calcular la temperatura a partir de un sensor. Luego almacenamos datos comunicamos, por ejemplo, desaguando datos cada 3 horas o lo que sea; puede ser a través de bluetooth, puede ser a través de de puerto serial, puede ser a través de lo que dice ahí. Y todo esto es alimentado mediante una fuente de alimentación. Esto es dividir por bloques y, para cada bloque, tenemos especificaciones, y estas son las especificaciones que, finalmente, nosotros incluimos aquí para que cada bloque quede diseñado de manera correcta. Esta es la forma de diseñar de manera top-down. ¿Cómo no se diseña?

El diseño electrónico pasa por definir bloques: controlador, sensores, actuadores e interfaz, tal como lo vimos durante el resto de este MOOC, luego diseñamos cada bloque por separado, y lo conectamos según lo planificado en consideraciones que nos permiten crecer por software; por ejemplo, podemos agregar, o dejar disponibles, más puertos de manera que en el futuro esos puertos son conectados y los puertos nos permiten controlarlos.

Para hacer la implementación electrónica tenemos diferentes topologías: podemos emplear un protoboard, que hemos estado usando hasta el momento durante todos los ejemplos, o podemos un PCB estándar, que es un circuito impreso con la forma de un protoboard, que podemos soldar usando un cautín, por ejemplo. Podemos usar una PCB diseñada a mano, también, o podemos diseñarla mediante CAD. Finalmente, viene la programación del software. Ya pasamos por la parte mecánica, ya pasamos por la parte electrónica y el software implica muchas iteraciones y el uso extensivo de bibliotecas, que pueden crear gente como ustedes mismos.

Hay funciones típicas en bibliotecas como; por ejemplo: tone, servo y otras más que hemos visto durante este MOOC. El software nos permite actualizaciones; nosotros podemos actualizar el software sin cambiar una pieza de hardware. Eso es lo que llamaríamos actualizar el firmware, por ejemplo.

53

4.1.2 Prototipo Electrónico.

Un programa para este robot, que establezca ciertas funcionalidades. Que incluyan la lectura del bluetooth, la lectura de un sensor infrarrojo, y la emisión de sonidos de un buzzer y además, que permita comandar los movimientos de los servos. Y los servos van a ir a las ruedas. O sea, yo aquí voy a conectar ruedas. la idea es que estos servos estén modificados de manera de conectarle ruedas y hacer que el robot se mueva con ruedas. Y vamos a programar algunas funciones, que van a ser llamadas desde el código principal, va a haber esta función para detectar la distancia y esta función que va a ser para el movimiento. Vamos a programar con un código principal usando bibliotecas que ya conocemos, y con estas funciones que van a estar alimentando este código. En la pantalla vemos el código del robot es un código que toma varias partes de programas que ya hemos hecho. Tenemos que incluir la biblioteca para software serial que es la que estamos usando para comunicarnos con el módulo bluetooth. Y tenemos la biblioteca servo que es la que va a comandar las ruedas del robot.

La función loop se divide en tres partes, la primera parte es ver, verificar si es que hay algún comando en el buffer. Un comando que llegue desde el bluetooth. Cuando hay algún comando en el bluetooth, esta función es down true de resultado. En ese caso guardamos ese comando en nuestra variable de comandos y luego desechamos lo que haya en el buffer de manera de recibir nuevos comandos en el futuro.

Luego actuamos en función de ese comando.

Leemos si es que el botón está encendido o no. Y si es que el botón está encendido y recibimos el comando off apagamos el robot o lo encendemos.

Luego está este otro, este otro else, que nos indica si es que el robot va a estar en modo manual o modo automático. Si recibimos el comando m, cambiamos entre el modo automático al modo manual, o del modo manual al modo automático. En este caso, al igual que en el caso anterior, partimos en estado 0, lo cual significa robot quieto.

Comando 0, lo cual significa que si está recibiendo algo, desde el bluetooth, asuma que no ha recibido nada. Comando 0. Lo último que he recibido es nada por lo tanto comienza sin realizar ninguna acción.

Y luego de eso, realiza el movimiento, llama a la función movimiento en función del estado en el que se encuentra.

Bueno, ¿y cómo se define el argumento estado que entra a la función movimiento? Según una serie de condiciones. De partida la primera condición es de que está o no apagado. Si es que estaba apagado, no hace nada. Si es que no estaba apagado va a medir la distancia y va a sonar, independientemente de en que modo de operación esté eso es lo que va a hacer con esta función que está aquí.

Si es que está en modo automático, es decir, que no esté siendo controlado por el bluetooth, lo que va a hacer es seguir una serie de condiciones. Por ejemplo, si el estado es 1, lo cual significa que está andando hacia adelante, y ve un obstáculo a una cierta distancia, va a ejecutar una serie de comandos para esquivar el obstáculo o para retroceder si es que está muy cerca del obstáculo. En cambio, si es que se encuentra en modo manual, controlado por bluetooth, lo que va a hacer es avanzar, retroceder, etcétera, exactamente o directamente según el estado que yo quiero enviado por el comando de bluetooth. Por ejemplo, si el comando de bluetooth es W, eso significa avanzar. Por lo tanto cambia el 54

estado a 1. Si el comando de bluetooth significa es A, significa virar izquierda, cambia a estado 3 y así sucesivamente. Y con eso se cierra el loop.

4.3 Prototipo mecánico.

CNC, casi nadie tiene, no se preocupen, pueden arrendar un espacio con una máquina CNC. Existen diferentes talleres que permiten que uno les envíe para fabricar una pieza, por ejemplo. Utilizan láser o utilizan alguna fresadora CNC Y eso nos permite llevar a la práctica diseños que nos han tomado horas en desarrollar, que generalmente en un rato quedan construidos.

Entonces, el video muestra por una parte el computador que tiene cargado el diseño mecánico, y por otra parte la máquina CNC que está fresando las piezas que le mandamos a fabricar. Entonces, a medida que el computador va moviéndose sobre los diferentes trazos, la máquina CNC hace lo mismo y va dibujando las piezas lentamente. Esta es una máquina muy lenta, hay máquinas mucho más rápidas que hacen esto en menos tiempo. Y hay otras que funcionan a través de láser o plasma.

Y el resultado es el modelo que finalmente teníamos en Sketchup y al fabricarlo nos quedo así. La verdad es que no se ve muy bien así, no se ve parecido a lo anterior.

Hay que fabricarlo, entonces lo podemos fabricar. Esto se ensambla casi como un rompe cabeza. Está hecho para ensamblarse fácilmente. Aquí van los serVos, aquí va la rueda de adelante, y todo esto se puede pegar con cualquier pegamento. Luego aquí está con las ruedas y aquí está con la rueda delantera.

Y finalmente le agregamos la electrónica y terminamos con nuestro diseño final, que le pusimos de nombre Travis. Travis tiene ruedas, estas están comandadas por servos, hay una igual alla, hay otra rueda que se mueve libremente.

Tenemos un par de sensores de distancia, tenemos un proto sobre el cual están realizadas todas las conexiones y tenemos esta tarjeta roja, que se parece un poco a la del arduino. Pero no es el arduino que estábamos usando anteriormente, en términos eléctricos es exactamente lo mismo, en términos prácticos esta tarjeta roja es vendida por otro fabricante. Otro fabricante que tomo el diseño de Arduino que es libre y lo vende de manera libre a un precio muy competitivo. Lo importante es que ellos hicieron algunas modificaciones que hacen, por ejemplo, que el chip que utiliza la red ball es distinto pero externamente son lo mismo, utilizan el mismo tipo de conexión. En este caso pusimos un Red ball, pero pudimos haber puesto un Arduino indistintamente.

Ahora vamos a ver a nuestro robot Travis en funcionamiento.

Primero vamos a prenderlo y lo vamos a controlar de forma manual.

Como vemos el robot puede moverse en todas direcciones y girar según los comandos que enviamos por el Bluetooth.

Para probar el modo automático, este robot está programado para que al encontrarse con un obstáculo, dependiendo de la distancia a la que este el obstáculo. puede girar o puede retroceder. Si el robot está demasiado cerca primero va a retroceder y luego va a girar.

55

Cuestionarios.

1. Selecciona las opciones correctas para terminar la frase: "La electricidad nos permite…

Adquirir señales del mundo físico Procesar información Realizar acciones físicas 2. La corriente en un conductor eléctrico: Es medida de manera absoluta, sin necesidad de una referencia arbitraria.

3. El voltaje en un punto de un circuito: Tiene que ver con la energía de los portadores de carga en ese punto del circuito.

4. ¿Qué es la electricidad? Puede haber más de una opción correcta.

Es una forma de energía.

Es el resultado del desplazamiento de átomos en un conductor.

Lección 2 - Módulo 1 7 preguntas 1. La potencia es la tasa o velocidad de cambio (transferencia, transformación, consumo) de la energía. Selecciona si es verdadero o falso.

Verdadero.

2. Una batería almacena: Energía.

3. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?

Las baterías en serie aumentan su capacidad, manteniendo el voltaje.

4. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?

Una fuente de voltaje certificada para 9V y 300mA no puede alimentar un circuito que requiere 9V y 100mA. 5. ¿Cuál de las siguientes preguntas es falsa?

Para medir voltajes, un multímetro debe ser conectado en serie con el voltaje que se quiere medir.

56

6. ¿Cuántas horas demora en cargar una batería de 12V y 500mAh de capacidad, mediante un cargador que entrega 50mAh? Exprese su respuesta como el número de horas (por ejemplo, si demora 7 horas debe ingresar solamente el número 7).

10 7. ¿Aproximadamente cuántas horas dura una batería de 1Ah alimentando una carga que consume 100mA? 10

Lección 3 - Módulo 1 7 preguntas 1. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?

Un byte corresponde a una palabra digital de 16 bits. X 2. ¿Cuántos estados distintos es posible representar mediante una palabra de 4 bits?

16 3. ¿Cuántos bytes son necesarios para almacenar una imagen de un mega pixel (un millón de pixeles), codificando tres colores por pixel, cada uno a 8 bits, y sin compresión?

3600 4. ¿Cuál es la representación decimal del número binario 10101?

21 5. ¿Cuál es la representación de 25 (decimal) en binario?

011001 6. ¿Cuántas filas tendrá la tabla de verdad de una compuerta lógica de 3 entradas?

8 7. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?

57

Los circuitos digitales son muy sensibles al ruido electrónico.

Lección 4 - Módulo 1 1. ¿Cuál de las siguientes acciones no es realizada comúnmente por un ADC? Entregar como salida una señal analógica.

2. Un DAC de 8 bits puede entregar voltajes entre 0V y 5V. ¿Qué valor tienen los intervalos mínimos de voltaje (LSB), expresado en mV? 5000/2^8 X 3. En relación a los conversores de datos, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?

Un comparador de voltaje es un DAC de un solo bit.

Cuestionario: Lección 1 - Módulo 2 5 preguntas 1. ¿Que hace la función pinMode?

Configura un pin como entrada o salida 2. ¿Cuáles son las funciones básicas de un sketch de Arduino? loop setup 3. ¿Qué hace la función digitalWrite?

Cambia el estado de un pin a HIGH o LOW 4. ¿Qué hace la función digitalRead?

Lee el valor actual de un pin 5. ¿Qué hace la función Serialprintln("contenido")?

Envía la palabra "contenido" y un cambio de línea por transmisión serial Cuestionario: Lección 2 - Módulo 2 5 preguntas 58

1. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones son ciertas sobre una variable?

Tiene asociado un pin del microcontrolador Tiene un nombre, un tipo y un valor Utiliza espacio en memoria 2. Una variable tipa char: Se utiliza para almacenar caracteres 3. La siguiente línea de código: int R = 23; Declara la variable R como un entero y le asigna el valor 23 X 4. En un arreglo de largo N, los índices válidos son: Desde 0 hasta N-1 5. En el siguiente código, ¿cuales son los valores de la variable D y R? R=2yD=1 Cuestionario: Lección 3 - Módulo 2 5 preguntas 1. ¿Cuál(es) de las siguientes son operaciones de lógica booleana?

AND NOT OR 2. ¿Cuales de las siguientes afirmaciones son verdaderas respecto a una variable booleana?

Utilizan un byte de memoria Pueden tomar solamente dos valores Solo pueden almacenar número enteros negativos 3. Cual de las siguientes afirmaciones es cierta sobre el siguiente código: if ( a>b ){ // codigo 1 } else{ codigo2 } El codigo 1 se ejecuta si b es mayor que a 59

El codigo 2 se ejecuta solo si a es mayor que b El código 2 se ejecuta solamente si no se ejecutó el código 1 X El código 2 no se ejecuta en ningún caso 4. En el siguiente código, ¿cuantas veces se imprime "ciclo"en consola? int a = 0; while(a<2){ Serial.println("ciclo"); a = a + 1; } 1 2X 3 4 5. En en siguiente código, ¿cuantas veces se imprime "ciclo" en consola? for (int k = 2; k<=4; k++){ Serial.println("ciclo"); } 1 2 13 3X 4 Funciones Cuestionario: Lección 4 - Módulo 2 5 preguntas 1. Cual es el tipo de retorno de la siguiente función: Activar una alerta en base al estado de un pin 3. ¿Que hace la función analogRead?

Lee el valor de un pin analógico y lo convierte a una variable tipo int 4. ¿Qué hace la función analogWrite?

Genera una salida pseudo-analógica por medio de una PWM 5. ¿Qué hace la función attachInterrupt?

Establece ante que evento se activa una alerta y que rutina se ejecuta Análisis de circuitos Cuestionario: Lección 1 - Módulo 3 4 preguntas 60

1. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?

La tierra de un circuito no es un nodo.

2. Si un resistor disipa 1W al verse sometido a un voltaje de 1V, ¿cuántos watts disipará al verse sometido a un voltaje de 2V? Responda con un número, sin agregar las unidades.

4 3. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?

El tamaño físico de un resistor no se relaciona con la potencia que puede disipar.

La resistencia de dos resistores conectados en serie es la suma de las resistencias de los resistores individuales.

La resistencia de dos resistores conectados en paralelo es el producto de las resistencias de los resistores individuales dividido por la suma. 16 4. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?

Un potenciómetro no puede ser empleado como un resistor.

Cuestionario: Lección 2 - Módulo 3 3 preguntas 1. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?

A altas frecuencias, los capacitores se comportan como circuitos abiertos. X 2. ¿Cuál de las siguientes expresiones es falsa?

Una resistencia no es un caso particular de impedancia.

3. Un nodo en un circuito con constante de tiempo 1s se descarga desde un valor inicial de 10V, tendiendo asintóticamente a 0V. ¿Cuál de las siguientes alternativas se acerca más al voltaje del nodo a los 5s de iniciada la descarga?

67mV. Cuestionario: Lección 3 - Módulo 3 4 preguntas 1. ¿Cuál de las siguientes expresiones es falsa?

Una VCCS ideal tiene impedancia de salida nula. X 2. ¿Cuál de las siguientes expresiones es falsa?

61

Los amplificadores operacionales no requieren alimentación.

3. Determine la ganancia de voltaje de un amplificador operacional configurado como amplificador inversor, con resistencia en serie Rs = 1k y resistencia de realimentación Rf = 6.8k.

-6.8 4. ¿Cuál de las siguientes no corresponde a una característica de un amplificador operacional ideal?

Impedancia de salida infinita.

Cuestionario: Lección 4 - Módulo 3 5 preguntas 1. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?

La caída de voltaje de un diodo de silicio en conducción es 0V. 2. Suponga que un LED presenta una caída de tensión en conducción de 1.5V. Si se alimenta con 5V, es necesario conectarlo en serie con un resistor para limitar su corriente. ¿Cuál de los valores de resistencia a continuación (en Ohm) es el más adecuado para limitar su corriente a aproximadamente 10mA? 330.

3. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?

Los MOSFETs están prácticamente obsoletos. X 4. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?

Un BJT puede funcionar más o menos como un interruptor controlado mediante una señal eléctrica.

Es posible implementar un amplificador empleando un único transistor BJT. En un BJT operando en región de saturación, el valor de beta forzada es igual al beta del transistor.

A diferencia de un MOSFET, en un BJT la corriente del terminal de control (base) no es cero.

5. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?

En circuitos muy delicados, es conveniente separar las etapas de procesamiento y potencia mediante optocuplas.

Una celda solar es en esencia un diodo con gran superficie y expuesto a la luz.

Un fotodiodo puede actuar como sensor de luz.

62

Los relés son ideales para conmutar cargas circuitales (ej: motor) a alta frecuencia.

Cuestionario: Lección 1 - Módulo 4 5 preguntas 1. ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas?

Los sensores de salida analógica normalmente requieren acondicionamiento Los sensores de salida analógica normalmente se pueden leer con un pin digital 2. Un botón es un ejemplo de (selecciona la respuesta correcta): Sensor de salida digital de en solo bit 3. Al leer un sensor analógico, la etapa de acondicionamiento normalmente: Amplificar y filtra la señal del sensor 4. Al utilizar un actuador, la etapa de acondicionamiento normalmente Entrega potencia externa al actuador 5. ¿Por qué es recomendable utilizar alimentación externa al conectar un parlante al microcontrolador?

Porque el microcontrolador no puede entregar suficiente potencia Cuestionario: Lección 2 - Módulo 4 3 preguntas 1. ¿Qué hace la función Serial available?

Entrega el número de bytes disponibles en el buffer serial 2. ¿Qué hace la función Serial readString?

Lee todo el buffer serial como un String X 3. ¿Cuales de las siguientes afirmaciones son ciertas sobre la biblioteca Software Serial?

Permite implementar una comunicación serial en pines arbitrarios del microcontrolador Motores Cuestionario: Lección 3 - Módulo 4 3 preguntas 63

1. Selecciona la frase que complete la frase: "Un puente H..."

Permite comandar un motor DC para su encendido en cualquier sentido de giro.

2. Selecciona la frase que termine la siguiente frase: "Un servo de radiocontrol..."

Posee internamente un circuito electrónico de control para establecer su posición en función del comando de entrada.

3. De acuerdo a lo visto en los videos, la modificación de un servo de radiocontrol: Tiene como propósito permitir un giro continuo en 360 grados.

Cuestionario: Lección 4 - Módulo 4 3 preguntas 1. Identifique los sensores del robot.

Detectores de distancia.

Servos.

Módulo Bluetooth.

2. ¿Por qué el riel de alimentación de los servos del robot es distinto del riel para el Arduino y los sensores? 25 salida del Arduino no es capaz de alimentarlos.

3. Identifique los actuadores del robot.

Buzzer.

Servos.

TERMINACION DEL CURSO.

64