Conceptos fundamentales

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¿Qué es Arduino?

Es una plataforma libre formada por un hardware, un software y un lenguaje de programación.

MCU: Es un circuito integrado que puede ser reprogramado y que está diseñado para el control de procesos mediante la lectura y generación de señales.

Fundamentos de electricidad

Corriente eléctrica

Existen dos tipos de corrientes eléctricas, la corriente continua (DC) y la alterna (AC).

Nos centraremos en la DC que es con la que opera nuestro Arduino. La principal diferencia entre ambas es que la DC no varía con el tiempo y la AC sí.

Intensidad

La intensidad o corriente eléctrica es el «combustible» que consumen nuestros dispositivos electríonicos. Este combustible no es más que el movimiento de partículas (cargadas eléctricamente) a través de un material conductor (por ejemplo, el cobre de un cable).

• Se mide en Amperios (A).

Tensión

Se mide en Voltios (V).

La tensión, al igual que la intensidad, tiene un sentido, el cual se indica desde la tensión mayor hacia la menor (la intensidad siempre tiene el mismo sentido que la tensión).

Antes de realizar cualquier conexión debemos tener en cuenta las limitaciones de tensión e intensidad de Arduino (5V y 20 mA) y también del componente o componentes que se pueden encontrar conectados a nuestro Arduino, ya que, al igual que este, se pueden dañar por un exceso de tensión o intensidad.

Si un componente o componentes no se encuentran sometidos a una diferencia de tensión, no circulará intensidad a través de ellos.

Resistencia

Su principal función es limitar la cantidad de intensidad que circula por un circuito electrónico para la protección de sus componentes.

Cuanto mayor sea la resistencia que conectemos, menos será la intensidad que circule por ella.

La unidad de medida de las resistencias son los ohmnios (Ω).

Para saber el valor de una resistencia tenemos dos opciones:

Utilizar banda de colores

Calculadora de resistencias online.

Algunas resistencias típicas

Utilizar multímetro

Si vamos a una tienda y pedimos una resistencia nos preguntarán dos datos: valor y potencia. El valor de la resistencia se refiere al tamaño de esta, es decir, a los ohmnios. En cuanto a la potencia se refiere a cuanta soporta, que viene de la multiplicación de la intensidad que atraviesa la resistencia por la tensión a la que se encuentra sometida.

Ley de Ohm

Con la ley de Ohm podemos calcular el valor de la resistencia mínima para asegurarnos de que en ningún momento se supera la demanda de 20mA por cada pin (sabemos por la tabla de características que la tensión que puede aportar cada pin es de 5V).

R = V/I = 5/0,020 = 250 Ω

Con un valor de resistencia mínimo de 250 Ω es seguro que conectemos lo que conectemos a continuación de ella (ledes, pulsadores, …) no se dañará el Arduino por un exceso de consumo de intensidad, pero esto no quiere decir que si por ejemplo también conectamos un led, este no se pueda dañar. También debemos tener en cuenta las limitaciones de los componentes que se vayan a conectar.

Leyes de Kirchoff

Para entender cómo se comporta la intensidad en un circuito se suelen hacer símiles con el agua.

1. Supongamos que la intensidad circula por un circuito al igual que el agua por las tuberías.
2. Siendo así, podemos cosniderar que la toma principal de agua (que es donde se obtiene todo el caudal que circulará por los circuitos de tuberías) es equivalente a una pila (puesto que también es de donde surge toda la intensidad que circula).
3. Las tuberías son similares a los cables de nuestro circuito puesto que en ambos casos sirven como medio de transporte de agua o intensidad.
4. Y la demanda de caudal por cada ramal (ya bien sea para un grifo, un lavabo, etc.) es como una resistencia que demanda una cantidad de intensidad.
5. Así, podemos asegurar que el caudal total que salga por la toma principal es igual a la suma de caudales que salgan por todos los dispositivos conectados al circuito de agua.
6. Del mismo modo, podemos asegurar que la intensidad que salga por la pila es igual a la suma de intensidades de cada uno de los nodos del circuito.
7. En conclusión, la intensidad de entrada (aportada por la pila) es igual a la de la salida (a la que se consume).

La ley de intensidad de Kirchhoff estasblece que el sumatorio de intensidades sobre un nodo (intensidades de entrada + salida) es igual a cero. Para estudiar las tensiones en cada elemento de un circuito debemos dividirlo en lo que se conoce como mallas.

• la tensión de la pila es igual a la caída de la tensión de la resistencia más la del diodo:

Vpila = Vres + Vdiodo

• Como conocemos los valores de la tensión de la pila y la que soporta el diodo podemos obtener la tensión de la resistencia:

Vres = Vpila - Vdiodo = 9 - 1,8 = 7,2

• Conociendo el valor de la tensión de la resistencia y queriendo limitar el flujo de intensidad a 10mA calculamos el valor de la resistencia:

R = Vres / 1 = 7,2 / 0,010 = 720 Ω

Componentes de un circuito eléctrico

Diodos

Un diodo tiene dos modos de funcionamiento:

• Polarización inversa. No permite la circulación de corriente (como si fuese un interruptor abierto).
• Polarización directa. Permite la circulación de corriente (como si fuese un interruptor cerrado).

Para que un diodo se encuentre polarizado en directa, la intensidad debe entrar por el ánodo (patilla más larga) y salir por el cátodo (patilla más corta).

Por lo general, los leds más comunes demandan una tensión de funcionamiento de alrededor de 1.8V (incluso de 2 B). Pero también es una tensión de limitación, no podemos superar ese valor de tensión, de ser así se quemaría.

Al principio explicábamos que, cuanta más intensidad pase por un diodo led, más luz emitirá; pero al igual que ocurre con la tensión, esta intensidad debe encontrarse entre un rango de valores. La intensidad de los diodos más comunes suele oscilar entre 5 y 20 mA. Con todo esto, lo primero que advertimos es que no podemos conectar un led directamente a una pila o al Arduino, puesto que por el valor de la tensión (9V y 5V respectivamente), se quemaría.

Lo que haremos será conectar una resistencia para limitar el consumo de intensidad y que en la resistencia caiga la tensión necesaria y así no dañar el led.

Cables

Por convenio cuando conectemos algún componente con el pin de 5V o de 3.3V identificaremos eta unión por un cable rojo, y en caso de ser a GND por un cable negro.

La protoboard

• Distinguimos varias partes en función del modo de conexión interno de los puntos: una parte superior y una inferior en las cuales todos los puntos de una fila están conectados entre sí; dos partes intermedias en las que los puntos de una misma columna están conectados entre sí.
• En la parte media nos encontramos una ranura que separa cada columna de dos partes, las cuales son independientes entre sí.

Android ONE

Disponemos de 14 pines digitales, enumedados del 0 al 13.

Esos pines se pueden comportar como salidas (controlar procesos) o entradas (tomar lecturas); este comportamiento deberemos configurarlo por programación.

Es importante tener siempre presente sus características de tensión e intensidad: 5V y 20mA.

Arduino IDE

Se puede descargar en https://www.arduino.cc/en/software.

pinMode digitalWrite

El valor por defecto es 0.

El pin 13 se quedaría configurado como salida:

pinMode(13,1);
pinMode(13, OUTPUT);

El pin 13 se quedaría configurado como entrada:

pinMode(13,0);
pinMode(13, INPUT);

Activamos el pin 13:

digtalWrite(13, 1);
digitalWrite(13, HIGH);

Desactivamos el pin 13:

digitalWrite(13, 0);
digitalWrite(13, LOW);