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2014-15. PROYECTO INTEGRADO. ARDUINO. INICIACIÓN II

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PROYECTO INTEGRADO. INTRODUCCIÓN A ARDUINO II

CONOCIMIENTOS BÁSICOS. PRÁCTICAS COMENTADAS

Encender LED con un pulsador

Tenemos conocimientos suficientes para detectar las partes de un programa o sketch y el momento de declarar variables que emplearemos en el mismo.  Ahora vamos a introducir un elemento básico como es un PULSADOR. Pues bien, un pulsador es un mecanismo que permite el paso de la corriente o no, es decir, en Arduino, permitirá el paso de 5 voltios o bien cortará este flujo (0 voltios). Los pulsadores pueden estar normalmente abiertos (no permiten el paso de tensión) o bien normalmente cerrados (permiten el paso de la tensión que proporciona la placa de Arduino). Cuando permiten el paso, el estado será HIGH o bien valor 1, mientras que, caso contrario, será estado LOW o valor 0. Un led tendrá asociada una resistencia de 220 Ohms, mientras que un pulsador la tendrá de 10KOhms.

Estado digital 5 voltios 0 voltios
 Opción 1  HIGH  LOW
 Opción 2  1  O
 Opción 3  TRUE  FALSE

Un pulsador se encuentra conectado a 5 voltios en un polo y (10KOhmios + Pin) en el otro polo.

Ya en la programación, el número del pin en el que conectamos un pulsador se puede introducir tal cual está serigrafiado en la placa (del 0 al 13) , pero es muy recomendable introducirlo como una variable, constante o definición con el valor introducido previamente en la parte del Sketch en la que se hace la definición de variables, de ahí que definamos int pulsador=(pin donde se conecta). Del mismo modo declaramos que el pulsador será un INPUT.

pinMode (pulsador, INPUT);

// declara el pin al que está conectado el pulsador como entrada

Posteriormente, en el loop definiremos la función IF que es la que comprobará si el pulsador está en posición HIGH o LOW.

Lo primero que se puede apreciar es la aparición de la función if-else. Esta es una condicional que evalúa una condici[on y dependiendo del resultado ejecuta una u otra acción.  En nuestro caso la condición a evaluar será: Si al iniciar loop()  Arduino entrega 5 voltios (HIGH) en el pin que nosotros elijamos, entonces Arduino ejecutará la tarea de secuenciar el encendido de los leds. Podemos emplear el presente esquema como visualización del ejemplo.
t02_31

Pues, después de esta introducción, os dejo una nueva forma de trabajar en clase.  DESARROLLAREMOS NUESTRAS PRÁCTICAS A TRAVÉS DEL PROGRAMA DE AUTODESK que podemos encontrar en este enlace:

http://www.123d.circuits.io

Nos damos de alta con un usuario y contraseña y el programa guardará las programaciones automáticamente en su base de datos asociada a nuestro usuario.

Este programa reúne el software IDE de Arduino (donde confeccionábamos el sketch de Arduino) y la visualización del software FRITZING. Podremos probar nuestro programa, hacerlo funcionar sin necesidad de montarlo físicamente. Del mismo modo, nos permite exportar el código del sketch al IDE de Arduino. Todas nuestras prácticas las desarrollaremos a través del citado software online libre.

Ahora os explicaré cómo desarrollar la sencilla práctica que enciende un led cuando accionamos un pulsador. Se ha desarrollado con 123d.circuits, se ha simulado y se ha exportado al IDE de Arduino para poder exportarlo al soporte físico de Arduino.

Pulsador con led_123

Escogemos los componentes a emplear y los situamos en la protoboard. Asignamos el valor de las resistencia pulsando sobre ellas y editando el dígito y las unidades empleadas. Los componentes se agregan pulsando el icono superior derecho COMPONENTS.

Pulsador con led_123_2

Posteriormente procedemos a programar nuestro código. Pulsamos CODE EDITOR. 123circuits nos escribe un código automático, pero este lo debemos adaptar a nuestras necesidades. Definimos los bloques habituales (DEFINICIÓN DE VARIABLES, VOID SETUP, VOID LOOP). Cuando terminemos la programación, pulsamos START SIMULATION. Ahí podemos observar si nuestro programa es eficiente. Terminada satisfactoriamente la simulación, podemos exportar el código pulsado el icono DOWNLOAD CODE, generándonos un archivo RAR que una vez descomprimido puede ser abierto por el IDE de Arduino. A partir de entonces, procedemos de forma habitual.

Pulsador con led_exportado123

Adjunto os dejo el sketch para que lo probéis y podamos desarrollar las dos prácticas que os dejo al final de esta entrada.

Como podéis ver, aparece el comando if. Intentaré explicar su funcionamiento lógico de forma concisa, alejada de tecnicismos.

El comando if (podemos traducirlo como SI OCURRE ESTO) comprobará si se dan unas condiciones determinadas. Caso de que así sea, procede a ejecutar una serie de comandos. En nuestro caso el if comprueba si el pulsador está accionado. Pues bien, si está accionado cierra el circuito y la placa entrega 5 voltios, por tanto está en estado HIGH. Arduino debe leer pues este valor o voltaje. Como ya sabemos, Arduino lee con la orden digitalRead (para señal digital), por tanto el comando dirá: if (digitalRead(…….)==HIGH). Acto seguido, ¿QUÉ LEEMOS? Pues queremos leer el pin 4, al que hemos denominado PULSADOR, por tanto debemos escribir lo que sigue, en cualquiera de las dos formas, preferiblemente la primera:

A) if (digitalRead(pulsador)==HIGH) {

B) if (digitalRead(4)==HIGH){

Después de la llave abierta, indicamos QUÉ QUEREMOS QUE HAGA ARDUINO DE CUMPLIRSE LA CONDICIÓN. Por tanto, en nuestro caso, tal y como vemos en la captura de pantalla, será poner en estado HIGH el led asociado al pin 7. Finalmente volvemos a cerrar llaves.

Adicionalmente podemos añadir varias condiciones al if, por ejemplo que se den dos simultaneas, teniendo la estructura que sigue:

if (…………)&&(………..) {(ejecuta algo}

Podemos incluir también qué queremos que haga en caso de que no se cumpla el comando if, resultando lo que sigue:

if (…………)&&(………..) {(ejecuta algo}

else {(ejecuta esto otro)}

Otros comparativos pueden ser:

 x == y (x is equal to y)
 x != y (x is not equal to y)
 x <  y (x is less than y)  
 x >  y (x is greater than y) 
 x <= y (x is less than or equal to y) 
 x >= y (x is greater than or equal to y)

PRÁCTICAS BÁSICAS A DESARROLLAR 

PRÁCTICA 1. JUEGO DE BALONCESTO

Debemos programar dos jugadores con dos canastas conectadas a un pulsador cada una de ellas. Cuando un jugador enceste tres veces en su canasta, se encenderá el primer led, así hasta alcanzar tres leds encendidos tras encestar tres veces tres. El jugador que termine antes con su secuencia de encestes ganará con el sonido de un buzzer zumbador, dando por terminado el juego. Montaremos en 123d.circuits, simulamos y exportamos a Arduino IDE. Finalmente, intentaremos fabricarlo físicamente.

PRÁCTICA 2. JUEGO DE REFLEJOS

Dos jugadores. Cada uno vuelve a tener tres leds que encender. En este caso, existirá un led aislado, que se irá encendiendo de forma aleatoria (enciende y apaga sin pauta predefinida). Cuando uno de los jugadores pulse con antelación al otro tres veces, encederá uno de los tres leds, así hasta alcanzar tres leds encendidos tras concluir la secuencia propuesta.

ANEXO

Arduino no recuerda acciones que ha desarrollado en el void loop si vuelve a ejecutar el mismo comando. Por decirlo de alguna forma, al volver a pasar por el mismo comando, borra la lectura realizada en el anterior ciclo y recuerda la nueva lectura hasta que vuelva a pasar por ahí el loop.

Para que recuerde cualquier lectura externa, ya sea un tiempo, una temperatura, una pulsación… debemos generar una variable. Y decimos variable porque varía en función de los datos que se reciben. Así, será variable el número de veces que encestamos, del mismo modo que varía la temperatura exterior o bien el tiempo que pudiera tardar en accionar un pulsador.

En nuestro caso, Arduino debe recordar cuándo se ha pulsado 3 veces un mecanismo (pulsador). Por ello, tenemos que definir una variable entera, previa al void loop para que solo lo lea al principio y una vez. La estructura sería  de este modo:

int contador==0;

Aquí decimos que una variable denominada contador (o cualquier otra cosa que queramos) parte de un valor igual a cero. Ponemos dos iguales para que lo asocie con el valor cero y no con un pin.

Usando el comando if, pudiéramos construir algo parecido a esto: Si accionamos el pulsador, el contador debe sumar 1 a su valor anterior, por tanto, sería:

if (digitalRead(pulsador)==HIGH) {

contador=contador+1;

En este momento, la variable contador modifica su valor (dentro del void loop) y cada vez que vuelva a pasar el loop y compruebe que se ha accionado el pulsador, sumará 1 al valor que tenía antes CONTADOR.  Claro está, nuestro programa objeto (ejercicios propuestos) quiere que cuando ocurra algo 3 veces, encienda un led. Por tanto, dentro del IF primero, debemos colocar otro if que compruebe si CONTADOR es igual a 3 y, caso de que así sea, encender el led primero, si es igual a 6 encender el led segundo y, finalmente, si es igual a 9, encender el led 3 y sonar el zumbador. Por tanto, debemos usar varios if. Como tenemos dos jugadores, debemos asociar tanto leds como contador con cada jugador, así sería, por ejemplo: led_1_P1    led_1_P2  (led primero del player 1…); contadorP1    contador P2  …….

Me pongo a vuestra disposición para cuantas dudas os surjan.

2014-15. PROYECTO INTEGRADO. ARDUINO. INICIACIÓN I

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PROYECTO INTEGRADO. INTRODUCCIÓN A ARDUINO

CONOCIMIENTOS BÁSICOS. TRABAJO DE EVALUACIÓN

Algunos apuntes básicos para el desarrollo de la práctica

En este apéndice repasaremos los comandos vistos hasta ahora, su función, su sintaxis y disiparemos algunas dudas sobre ellos.

Arduino no utiliza como entrada un teclado y como salida una pantalla (la configuración más habitual en ordenadores), sino que se conecta directamente a su entorno físico o a periféricos que serán los que interactuarán con el entorno físico. Arduino es un ordenador que enciende y apaga luces, mueve cosas, mide temperaturas, presiones, emite sonidos y se comunica con otros dispositivos.

Básicos del void setup y void loop

pinMode (númerodepin, modo);

El comando pinMode() sirve para establecer a cada pin de entrada o salida digital que vayamos a utilizar el modo en el que lo haremos, es decir, declararemos un pin identificado por su número como entrada o como salida.

El número del pin se puede introducir tal cual está serigrafiado en la placa (del 0 al 13) , pero es muy recomendable introducirlo como una variable, constante o definición con el valor introducido previamente en la parte del Sketch en la que se hace la definición de variables. Esto nos permitirá cambiar su valor sin tener que repasar todo el código para cambiar el número de pin de forma manual y en las ocasiones en las que trabajamos con cables y, por la razón que sea, los queremos cambiar de pin resulta sumamente práctico.

Como modo pondremos OUTPUT o INPUT dependiendo de si queremos que el pin sea una salida o una entrada digital. En mayúsculas, recordemos que en este lenguaje se hace distinción entre mayúsculas y minúsculas, si escribimos una palabra mal el compilador nos dará un error.

Declararemos solo los pines que vayamos a utilizar, no tiene sentido declarar pines a los que no vamos a conectar a nada. ¿Que pasa con los pines que no declaramos? por definición Arduino trata a todos los pines como entradas a menos que especifiquemos lo contrario, esto significa que los pines que vayamos a utilizar como entradas no sería necesario declararlos con el comando pinMode(), solo los que vayamos a utilizar como salidas. Pero esto último no es nada recomendable, de hecho casi sería mejor que no lo hubiera dicho.

No cuesta nada declarar cada pin que utilice el Sketch como entrada o salida en el setup() y si lo documentamos correctamente ganamos en claridad y limpieza. Esto es especialmente útil si vamos a publicar nuestro Sketch o si lo vamos a tener que volver a editar en el futuro.

pinMode (pulsador, INPUT);  // declara el pin al que está conectado el
//pulsador como entrada

Este ejemplo es perfectamente comprensible para todo el que lo lee hoy y dentro de seis meses, si no lo hacemos así y suponemos que un pin está conectado a un pulsador y trabajamos con el directamente será difícil de entender por otra persona… en unos meses incomprensible incluso para nosotros.

digitalWrite (númerodepin, estado);

El comando digitalWrite() sirve para establecer la salida digital en el pin que establezcamos. Para el parámetro del número de pin digital sirve todo lo dicho en la explicación del comando pinMode(), mejor desde una variable, constante o definición y por los mismos motivos.

Este comando sólo admite dos estados HIGH o LOW, alto o bajo y que se corresponden con un 1 ó un 0. De hecho podríamos introducir el comando de las siguientes formas:

1
2
3
digitalWrite(pin, HIGH);   // la forma correcta de hacerlo
digitalWrite(pin, 1);   // no es nada conveniente hacerlo así
digitalWrite(pin, estado);   // donde estado es una variable

En el último caso la variable de nombre estado, declarada en la cabecera del Sketch, puede ser del tipo entero (int) y contener un 0 o un 1 o asignarle los valores HIGH o LOW.

Eléctricamente un nivel HIGH de corresponde a +5v en la salida del pin y el nivel LOW a 0v.

Los modelos de Arduino que trabajan a 3’3v tienen esta misma salida para el nivel HIGH.

El comando delay

delay(número);

El comando delay() detiene la ejecución del Sketch durante el tiempo que le especifiquemos expresado en milisegundos.

Generalmente utilizaremos este comando de forma muy limitada precisamente por esa característica suya de detener completamente la ejecución del Sketch. Es útil en algunos procesos de comunicación para darle tiempo a un periférico a que procese la información que le mandamos y nos devuelva un resultado o para impedir rebotes en la lectura de sensores, y en estos casos el intervalo de tiempo lo introduciremos de forma directa como un número.

Si necesitamos pasarle al comando delay() el tiempo dentro de una variable hay que tener en cuenta que esta debe ser del tipo unsigned long, es decir, un número de 32 bits sin signo (veremos lo que esto significa en el siguiente comando).

El bucle FOR

El bucle for es una estructura que se utiliza cuando queremos que una serie de acciones se repita un número determinado de veces, para ello se necesita de una variable índice, una condición y un incrementador.
Su sintaxis es la siguiente:

1
2
3
4
for (variable índice; condición; incrementador)
{
// comandos
}

Así que si queremos que un led parpadee 5 veces tras accionar un pulsador… aprovecharemos el código del ejemplo anterior:

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// variables para el pulsador y el led
int pulsador = 12;
int led= 4;void setup()
{
pinMode(pulsador, INPUT);
pinMode(led, OUTPUT);
}void loop()
{
if (digitalRead(pulsador) == HIGH)
{
for (int i = 0; i<=4; i++)
{
digitalWrite(led, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(led, LOW);
delay(1000);
}
}
else
{
digitalWrite(led, LOW)
}
}

Hay que tener en cuenta varios aspectos que hacen del bucle for una estructura peculiar:

-necesita una variable índice que en el ejemplo hemos definido directamente como int i = 0, esta variable índice es local y solo es accesible dentro del bucle for.

-necesita de una condición y se ejecutara tantas veces como sea necesario mientras se cumpla la condición, en el ejemplo hemos hecho que el código se repita mientras que la variable índice sea menor o igual a 4, como hemos empezado con el valor 0 para la variable índice esta condición solo se cumplirá 5 veces.

-necesita un incrementador de la variable índice. Cada vez que se evalúa la condición y se ejecuta el código se incrementa la variable índice, en nuestro caso el incrementador tiene la forma i++, que es la forma abreviada de i = i + 1.

Entradas y salidas analógicas

Ya hemos visto como trabajan las E/S digitales: son todo o nada, solo admiten esos dos estados. Para muchos proyectos esto nos sera útil pero para otros proyectos necesitaremos ir un paso mas allá y utilizaremos sensores o actuadores analógicos.

Las placas mas difundidas como la Arduino UNO o la Arduino Leonardo trabajan de 0 a 5 voltios, en la forma digital estos son los dos niveles lógicos: 0v para el nivel bajo (LOW) y 5v para el nivel alto (HIGH). Cuando hablamos de valores analógicos podremos trabajar con valores comprendidos entre el mínimo y el máximo. En el caso de las entradas analógicas (marcadas de A0 a A5) Arduino utiliza un convertidor analógico-digital de 10 bits, lo que nos da 1024 niveles intermedios entre 0 y 5 voltios numerados del 0 al 1023. Para las salidas analógicas Arduino UNO utiliza los pines 3, 5, 6, 9, 10 y 11 (en el caso de la Arduino Leonardo los mismos pines mas el numero 13) con una señal PWM de 8 bits, lo que nos da 256 niveles numerados del 0 al 255.

Para hacer lecturas analógicas utilizamos el comando analogRead que tiene la siguiente sintaxis:

analogRead(número de pin);

Donde “número de pin” es uno de los pines marcados de A0 a A5. Este comando nos devolverá un valor de 0 a 1023, por lo que generalmente lo usaremos como asignación del valor a una variable:

Variable = analogRead(A0);

o como parte de una comparación:

1
2
3
4
If (analogRead(A0) &lt;= 500))
{
// comandos
}

En el caso de las salidas analógicas utilizamos el comando analogWrite de la siguiente manera:

analogWrite(pinPWM, valor);

Como caso práctico vamos a ver un sencillo programa en el que utilizaremos un potenciómetro para la toma del valor analógico y como salida uno de los colores del LED, pues sus patillas están conectadas a las salidas PWM 9, 10 y 11.

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int valor; // definimos una variable en la que almacenaremos el valor leído del potenciómetro
int pin = 9; // pin PWM de salidavoid setup()
{
pinMode(led, OUTPUT);
}

void loop()
{
// tomamos una lectura analogica y la almacenamos en la variable valor
valor = analogRead(A0);

/* valor contiene un numero de 0 a 1023 y la salida la tenemos que dar de 0 a 255
por lo que tenemos que convertirla de un rango a otro, la forma mas sencilla es
dividir por 4 */

valor = valor / 4;

// ahora sacamos el valor analogico por el pin PWM
analogWrite(pin, valor);
}

Este sencillo ejemplo hace que al girar el potenciómetro con el correspondiente mando el LED  brille más o menos

Práctica a desarrollar

Adjunto os dejo la práctica que debéis realizar todos los alumnos de proyecto integrado para este trimestre. La originalidad de cada planteamiento para resolver este problema, básico por otra parte, será determinante para valoraros vuestra calificación trimestral, por ello, os recomiendo que, aunque sea el mismo ejercicio para todos, cada uno de vosotros intente ser original al resto, aportando indicaciones y comentarios, así como ampliando cualquier aspecto fuera del enunciado del problema, por ejemplo, haciendo un video-tutorial del desarrollo de la práctica.

 
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