INTRODUCCIÓN A LA PLATAFORMA ARDUINO

 INTRODUCCIÓN A LA PLATAFORMA ARDUINO

En un rincón del vasto universo tecnológico, existe una herramienta que ha democratizado el acceso a la innovación y la creatividad: Arduino. Más que una simple placa de circuito impreso, Arduino es un símbolo de posibilidades ilimitadas. Desde su concepción en las aulas del Instituto de Diseño Interactivo de Ivrea hasta convertirse en un fenómeno global, Arduino ha inspirado a millones de personas a explorar el mundo de la electrónica y la programación de una manera accesible y emocionante.

Primer prototipo de Arduino.

En la actualidad, Arduino está presente en todo tipo de dispositivos tecnológicos, en impresoras 3D, dispositivos médicos, avances demóticos, proyectos educativos, robots y drenes, solo por nombrar algunos ejemplos. El éxito de Arduino se basa en que se trata de placas económicas, accesibles, que pueden programarse en diferentes plataformas y, que tanto su software como su hardware se distribuye en forma libre.

Conceptos Iniciales:

¿Qué es Arduino?

Definir a Arduino no es una tarea sencilla, pues se trata de una plataforma que incorpora hardware

y software en apoyo de múltiples proyectos de electrónica y, además, se ha convertido en toda una filosofía en la que la premisa del hardware libre es un punto esencial.

En términos formales, Arduino es una plataforma de hardware libre, creada por David Cuartielles y Massimo Banzi, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, y fue ideada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares, tanto para entusiastas como para expertos.

Si desmenuzamos esta definición, extraeremos ciertas ideas muy interesantes. Arduino es, a la vez, un sistema de procesamiento, un microcontrolador, una placa; también integra un entorno de desarrollo y es una plataforma de hardware open source.

Por otra parte, en forma simplificada, podemos mencionar que Arduino es una plataforma de hardware de código abierto, que basa su funcionamiento en una placa con entradas y salidas (analógicas y digitales), con un entorno de desarrollo que incorpora todo lo que necesitamos para crear nuestros programas. Los componentes esenciales que nos permiten configurar una definición práctica para Arduino son el hardware, el software y la comunidad que lo mantiene.

Hardware.

Una de las placas Arduino más conocidas es la Arduino UNO. En la imagen se puede apreciar el microcontrolador Atmel, integrado en esta placa.

En relación con el hardware, Arduino incorpora un microcontrolador que permite la programación con un lenguaje de alto nivel. Se trata del elemento encargado de efectuar los procesos matemáticos y lógicos, así como también de gestionar los recursos para cada componente externo que conectemos a la placa principal.

Una placa Arduino incorpora una serie de entradas analógicas y digitales, gracias a las que podremos conectar distintos sensores y otras placas o shields. Todo esto nos permite agregar nuevas

funcionalidades sin necesidad de alterar el diseño original de la placa. Un elemento importante dentro del hardware de Arduino son sus puertos de entrada/salida, mediante los que es posible conectar la placa a la computadora para integrar el trabajo con el software.

Software.

El IDE de Arduino incorpora todo lo que necesitamos para crear el código que controlará el funcionamiento de los sensores conectados a la placa Arduino, para dar vida a nuestros proyectos.

Aunque lo que más nos llama la atención de Arduino es el hardware, la verdad es debemos considerarla mucho más que una placa de circuitos y componentes electrónicos. Es una completa plataforma que nos permite programar el código necesario para controlar el funcionamiento de los sensores que conectamos a la placa. Gracias al software que integra Arduino, es posible establecer las instrucciones y los parámetros para controlar su funcionamiento y, de esta forma, generar nuestros propios proyectos. 

Al igual que el hardware de Arduino, el software que necesitamos para programarlo se distribuye libremente, por eso, solo se precisa descargarlo desde su web oficial. Analizaremos este procedimiento en detalle en el Capítulo 6 de este libro. Como vemos, uno de los componentes importantes de Arduino es su software. Se trata de un IDE o Entorno de Desarrollo Integrado, es decir, un conjunto de herramientas que podemos utilizar para programar o desarrollar aplicaciones.

Editor de Código.

 

Se trata de un programa diseñado específicamente para que podamos crear y editar código fuente. Aunque es posible utilizar cualquier editor de texto plano para crear este tipo de código, un editor específico integra el reconocimiento del lenguaje de programación que utilizaremos.

Compilador.

Es un programa informático que se encarga de traducir un programa que hemos desarrollado en un lenguaje de programación a un lenguaje diferente; en general traducirá nuestro código a lenguaje de máquina, entendible por el hardware.

Depurador.

Este tipo de programa está diseñado para probar y eliminar los errores que puedan existir en el código que desarrollamos. En otras palabras, se trata de un programa que ejecuta el código para detectar posibles errores lógicos.

Automatización.

Arduino ofrece muchas posibilidades y ha sido parte importante en proyectos de automatización en industrias, gracias a que puede funcionar como un controlador lógico programable.

Domótica.

Los sistemas de control de domótica son más accesibles y pueden ser creados por entusiastas, gracias a las placas proporcionadas por Arduino.

Prototipado.

La construcción de prototipos para diversos proyectos se ha visto beneficiada gracias a la rapidez que nos ofrece el trabajo con Arduino.

¿Qué necesitamos?

Para comenzar a trabajar con Arduino necesitamos, en primer lugar, una placa de pruebas. Podemos utilizar cualquiera de la gama de placas oficiales o, también, una compatible. Para los ejemplos usaremos Arduino UNO, por ser la placa más generalizada.

Pero Arduino UNO no puede trabajar sola, es necesario contar con una serie de componentes electrónicos adicionales, cada uno de los que nos servirá para una tarea específica y, en conjunto, para lograr proyectos completos. Para analizar en detalle lo que utilizaremos, los dividiremos en placa de desarrollo y elementos adicionales.

Placa de desarrollo:

Como mencionamos, para iniciarnos en Arduino utilizaremos la placa Arduino UNO. Esta es muy versátil y nos ofrece todo lo que necesitamos para proyectos tanto sencillos como avanzados.

En Arduino UNO encontraremos diferentes secciones y componentes que es necesario conocer. Tomaremos la placa y la ubicaremos teniendo en cuenta la posición correcta del lago de Arduino, de esta forma, describiremos los componentes en orden. En la siguiente Guía visual analizaremos los elementos más relevantes.

Guia visual de Arduino UNO.

Puerto USB.

Se trata de un puerto USB tal como el que encontramos en otros dispositivos, como una impresora. Este lo utilizaremos para entregar energía a la placa Arduino mientras estamos trabajando con la PC. También es necesario para cargar los bocetos o sketchs, en definitiva, se trata de la forma de comunicación de la placa con la computadora.

Botón de reinicio:

Es un pequeño botón que sobresale de la placa Arduino, su función es permitirnos resetear el microcontrolador ATmega, de esta forma eliminaremos lo que hayamos cargado y podremos comenzar con un nuevo proyecto o sketch. Resulta bastante útil y siempre lo debemos tener en cuenta pues, al principio, podemos equivocarnos bastante mientras cargamos los bocetos.

Led TX RX:

Se trata de LEDs que están perfectamente indicados en la placa Arduino, se
utilizan para verificar que existe comunicación entre la placa y la computadora.
La forma en que verificaremos la comunicación es esperando que parpadeen mientras cargamos el código que hemos generado en el IDE de Arduino o cuando se efectúa una comunicación en serie.

Clavija 13 Led:

 Es un activador que se presenta en forma predeterminada en Arduino UNO, está indicado con la letra L impresa en la placa.
utilizaremos para efectuar la primera comunicación con nuestra placa de desarrollo.

Clavijas digitales:

Se trata del conjunto de clavijas digitales que ofrece Arduino UNO. Pueden ser utilizadas, por ejemplo, para digitalRead() o analogWrite(),
entre otras opciones.

Led de corriente:

Este LED se encuentra marcado con el texto ON. Cuando la placa está recibiendo corriente, por ejemplo desde la computadora a través del puerto USB, se encenderá una luz de color verde. Podemos utilizar este LED para verificar que la placa recibe energía en forma correcta.

Microcontrolador Atmega:

Sin duda, se considera el corazón de nuestra placa Arduino UNO. Es un microcontrolador creado por ATmel, para el caso de esta placa se trata del controlador Atmega328P-PU.

Entrada analógica: 

analogRead().

Clavijas GND y SV:

Se trata del conjunto de clavijas que funcionan como entradas analógicas, presentes en la placa Arduino UNO. Podemos utilizarlas con Estas clavijas son adecuadas para otorgar, a los circuitos en los que trabajemos, corriente de +5V y también una toma de tierra.

Conector de corriente:

En el primer punto conocimos una forma de energizar nuestra placa Arduino, mediante el puerto USB. Pero este puerto solo proporcionará energía a la placa mientras la mantengamos conectada a la computadora. Cuando esto no suceda, utilizaremos el conector de corriente para energizar la placa; este conector puede trabajar con voltajes que van desde los 7V hasta los 12V.

Prueba de conexión con Arduino UNO

Para realizar esta primera prueba de conexión, necesitará una computadora, una placa Arduino UNO y el cable USB que se proporciona con la placa o que se adquiere por separado.

En primer lugar, conecte un extremo del cable USB a la computadora, utilizando uno de los puertos USB habilitados.

Luego, conecte el siguiente extremo a la placa Arduino UNO. Para ello use el puerto USB que se describe en la Guía visual.

Con la placa conectada a la PC, verifique el LED de corriente y la clavija 13 LED. Si la conexión y el paso de corriente son correctos, el LED de corriente, indicado en la Guía visual, deberá mostrar una luz constante de color verde, mientras que la clavija 13 LED, indicada en la Guía visual, mostrará una luz parpadeante de color anaranjado.

Funcionamiento.

Ahora es momento de profundizar aún más en las características de la placa Arduino que utilizaremos:

► Microcontrolador: ATmega328

► Voltaje: SV

► Voltaje de entrada recomendado: entre 7V y 12V

► Límite de voltaje de entrada: entre 6V y 20V

► Pines digitales UO: 14, 6 de ellos son salida PWM.

► Entradas analógicas: 6

► Memoria flash: 32 KB (ATmega328), de ellos 0.5 kb son usados

para el arranque.

► SRAM: 2 kb (ATmega328)

► EEPROM: 1 kb (ATmega328)

► Velocidad de reloj: 16 MHz

Las placas Arduino nos ofrecen un conjunto de terminales digitales que podemos aprovechar como entradas y salidas generales mediante comandos tales como pinMode() o digitalRead(), entre otros. Estos terminales poseen una resistencia que puede activarse con digitalWrite() al estar configurado como entrada. En la siguiente tabla, conoceremos los terminales digitales generales de una placa Arduino y sus usos.

Pero no solo existen pines digitales en la placa Arduino, también encontramos otros, que mencionamos a continuación:

► Pines analógicos: estos pines soportan la conversión analógico-digital (ADC) de 10 bits mediante analogReadO.

► l2C: permiten la comunicación l2C CTWD gracias a la librería Wire.

► VIN: mediante este pin, proporcionaremos voltaje a la placa Arduino.

Debemos tener en cuenta que las diferentes placas soportan distintos

rangos de voltaje de entrada por lo que, al utilizarlo para alimentar la placa, debemos ser cuidadosos.

► SV: es posible proporcionar alimentación regulada para alimentar el

microprocesador y otros componentes.

► 3V3: se trata de una fuente de 3.3V generada por el chip FDTI.

► GND: corresponden a los pines de tierra.

► AREF: se trata de la referencia de voltaje para las conexiones analógicas.

► Reset: podemos ponerlo en L0W para resetear el microcontrolador.

Al examinar una placa Arduino UNO, verificaremos que el nombre de cada pin se encuentra indicado en el costado de los conjuntos de entradas.