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Laboratorio 1: luces programables Johan Jesús Domínguez Fúnez Ingeniería Electrónica Corporación Universitaria Antonio José de Sucre Sincelejo–Sucre [email protected] Resumen- El presente informe tiene la finalidad de explicar el proceso que se ha llevado a cabo para el diseño de hardware, de software y construcción de un circuito electrónico, el cual básicamente trata de un sistema de luces programables. Dicho sistema constará con las siguientes características principales: Las luces programables serán diez (10) led de colores variados. Tendrá también diez opciones de secuencias a elegir y manejará pulsadores, tanto para el cambio de secuencias como para el cambio de la velocidad de estas. Todo esto utilizando la plataforma de software y hardware libre como la es Arduino.

II.

MARCO TEORICO

A. Arduino: Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares. El hardware está basado en el chip ATmega328. Dispone de 14 entradas/salidas digitales (De las cuales 6 pueden usar modulación por ancho de pulso), 6 entradas analógicas, velocidad de reloj de 16MHz, conexión USB, entrada de alimentación Jack y un botón de reset. [1]

Palabras Clave: Arduino, LED, pulsador, Secuencia. Abstract- The formless present has the purpose of explaining the process that has been carried out for the design of hardware, of software and construction of an electronic circuit, which basically treats of a system of programmable lights. The above mentioned system will consist with the following principal characteristics: The programmable lights will be ten (10) led of varied colors. It will have also ten options of sequences to choose and will handle push-buttons, both for the change of sequences and for the change of the speed of these. All that using the platform of software and hardware free since her it is Arduino. Keywords: Arduino, LED, pushbutton, Sequence.

I.

Figura 1: Arduino uno. (Google imágenes).

INTRODUCCION

Los microcontroladores están conquistando el mundo. Están presentes en nuestro trabajo, en nuestra casa y en nuestra vida, en general. Cada vez existen más productos que incorporan un microcontrolador con el fin de aumentar sustancialmente sus prestaciones, reducir su tamaño y coste, mejorar su fiabilidad y disminuir el consumo. Este laboratorio nos permite conocer un poco más y entrar más en contacto con los microcontroladores (en este caso Arduino), ya que se realizará una práctica donde podremos aplicar los conocimientos adquiridos teóricamente, como también utilizar el microcontrolador en una aplicación (sistema de luces programables), y poder familiarizarnos y aprender a trabajar con este tipo de tecnología.

Tabla 1: Especificaciones técnicas de Arduino uno. [1]

2 B. Diodo LED: El LED (Light-Emitting Diode: Diodo Emisor de Luz), es un dispositivo semiconductor que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN en la cual circula por él una corriente eléctrica . Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia, 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. Este dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes. Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya que ello no influye en el color de la luz emitida. Usualmente un LED es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, razón por la cual el patrón de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo. [2]

Hoy en día, diodos LED ofrecen muchas ventajas sobre las fuentes convencionales de luces incandescentes o fluorescentes, destacando un menor consumo de energía, su mantenimiento casi nulo, una vida útil más larga (aproximadamente 100,000 horas), una robustez física mejorada, un tamaño más pequeño, así como la posibilidad de fabricarlos en muy diversos colores del espectro visible de manera mucho más definida y controlada; en el caso de ledes multicolores, con una frecuencia de conmutación rápida. C. Pulsador: Un pulsador es un operador eléctrico que, cuando se oprime, permite el paso de la corriente eléctrica y, cuando se deja de oprimir, lo interrumpe. Por lo general, los contactos del pulsador están abiertos; es decir, no dejan pasar la corriente. Pero también existen pulsadores que normalmente tienen los contactos cerrados; es decir, la corriente estará circulando hasta que lo usemos. Al pulsar, el circuito se abre y deja de funcionar.

Figura 4: Símbolo del pulsador (Google imágenes).

Figura 2: Estructura del LED (Google imágenes).

Para obtener una buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el LED y evitar que este se pueda dañar; para ello, hay que tener en cuenta que el voltaje de operación va desde 1,8 hasta 3,8 voltios aproximadamente (lo que está relacionado con el material de fabricación y el color de la luz que emite) y la gama de intensidades que debe circular por él varía según su aplicación. Los Valores típicos de corriente directa de polarización de un LED están comprendidos entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en los diodos de color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros LED. [2]

Figura 3: Símbolo del LED (Google imágenes).

En definitiva, se trata de un mecanismo simple (los hay muy sofisticados), constituido por un par de contactos eléctricos que se unen o separan por medios mecánicos. En electricidad, los falsos contactos que se producen el ser utilizados normalmente, en algunos casos produce una chispa debido a la corriente que atraviesa los contactos, provocando que quemen en parte y ennegreciendo los contactos eléctricos, lo que a la larga acaba deteriorando dichos contactos. La chispa se produce siempre al separar los contactos (desconectar), en ocasiones parece que también salta al conectarlos, eso es debido a los rebotes mecánicos que se producen al cambiar de estado. Esto que en electricidad se considera normal, en electrónica es un verdadero nido de problemas, debido a dichos falsos contactos. Por su propia naturaleza, al cambiar de posición un pulsador, los contactos chocan entre sí y esto significa una serie de falsos contactos que se reproducen de un modo sin control, por lo que se generan los temidos rebotes (debounce en inglés), estos rebotes, se producen incluso cuando unimos dos cables desnudos, simulando un interruptor o pulsador. [3]

Figura 5: Pulsador (Google imágenes).

3 III. DISEÑO DEL HARDWARE

Figura 6: Montaje del circuito en software FRITZING.

Figura 7: Montaje del circuito en la Protoboard.

4 El diseño y montaje del circuito electrónico en la protoboard se realizó los más limpio y ordenado posible, para facilitar y agilizar los cambios que se solicitaran a medida que se realizaban las pruebas de funcionamiento, como también para evitar cualquier tipo de problemas y para que tuviera buena presentación y estética.

presionar el pulsador y un valor LOW (0V) al dejar de presionar el pulsador.

Como celebro en este caso se utilizó el microcontrolador Arduino nano (Figura 8), esto para optimizar y facilitar aún más el montaje en la Protoboard, pero se puede utilizar o remplazar por un Arduino uno sin problemas y sin la necesidad de hacerle cambios al hardware o software.

Figura 9: Diagrama configuración PULL UP y PULL DOWN (Google imágenes).

IV. DISEÑO DEL SOFTWARE El desarrollo del programa puede parecer extenso y tedioso, pero no es tan complicado o difícil de entender a medida que lo vayamos desglosando. Figura 8: Arduino nano. (Google imágenes).

Cada uno de los 10 leds del circuito electrónico van conectados a los pines digitales de Arduino desde el pin 4 hasta el pin 13 de Arduino y cuentan con sus respectivas resistencias (220Ω) de protección o limitación de corriente, a excepción del led conectado al pin digital 13 de Arduino, ya que dicho pin es el único que ya cuenta con una resistencia incorporada en la placa, y no es necesario colocarle una adicional. Los pulsadores tanto el de cambio de secuencia, como el de incremento y decremento de velocidad, llevan también sus respectivas resistencias (10KΩ) en configuración de Pull Down (Figura 9), que nos asegura tener un valor HIGH (5V) al

La programación se realizó utilizando el sketch o código de Arduino y agregándole los registros para el manejo de los puertos, de esta manera se logro reducir considerablemente las líneas de código y se aprendió a trabajar con dichos registros. A continuación, se mostrará y explicará lo más detalladamente posible el desarrollo de la programación de Arduino para el circuito electrónico de luces programables.

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Figura 10: Definición de variables.

Figura 11: Función anti reboté.

Figura 12: Función para cambio de secuencia y (secuencia 1 y 2).

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Figura 13: Secuencia 3 y (primera parte de la 4).

Figura 14: Secuencia 4 (segunda parte).

Figura 15: Secuencia 5 (primera parte).

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Figura 16: Secuencia 5 (segunda parte).

Figura 17: Secuencia 6 (primera parte).

Figura 18: Secuencia 6 (segunda parte).

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Figura 19: Secuencia 6 (tercera parte).

Figura 20: Secuencia 7.

Figura 21: Secuencia 8.

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Figura 22: Secuencia 9.

Figura 23: Secuencia 10 (primera parte).

Figura 24: Secuencia 10 (segunda parte).

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Figura 25: Función para cambio de velocidad.

Figura 26: Configuración de puertos y programa del botón de cambio de secuencia.

Figura 27: Programa de los botones de incremento y decremento de velocidad.

11 V.

CONCLUSIONES

El funcionamiento final del circuito fue el esperado, se tuvieron inconvenientes con el código ya que era la primera vez que se trabajaba con los registros, pero al final se lograron solucionar, las secuencias funcionan perfectamente como también el cambio de velocidad de las mismas. Se experimentaron varios contratiempos y problemas en el desarrollo de este laboratorio, pero los mas resaltantes son los siguientes: Unos de los problemas que se afrontaron fue al utilizar la instrucción “_delay_ms( )” al momento de compilar arrojaba un error desconocido, después de luchar tanto con este error, la única solución por la que se opto fue por cambiar dicha instrucción por “delay( )”, que es la original del sketch de Arduino. El otro problema hace referencia y lo encontraremos la gran mayoría de veces cuando trabajemos con pulsadores. Los pulsadores son dispositivos que tienen un defecto, el cual se llama rebote. Cuando se presiona o se suelta el pulsador, se produce una fluctuación entre sus contactos internos, por lo tanto cuando se va a pasar de un 1 (HIGH) a un 0 (LOW) o viceversa, esas fluctuaciones son también leídas por el Arduino y se produce un comportamiento inesperado en el funcionamiento de nuestros proyectos, por ejemplo, el usuario puede presionar una sola vez el pulsador pero por culpa del rebote el Arduino podría interpretarlo como si se hubiese presionado varias veces. A la solución de este problema se le llama anti rebote y puede realizarse tanto por software como por hardware. En este caso la solución se realizó por software creando una función que eliminara dichas fluctuaciones o pulsaciones erróneas, tal y como se puede apreciar en la Figura 11. El uso de un sistema hardware de código abierto, nos hará más económicos los costes del sistema y por lo tanto el coste para el usuario final.

VI. Referencias

[ M. Juan Monter, «Diseño y desarrollo de la iluminación de 1 un camino de jardin programable inteligente,» [En línea]. ] Available: https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/48190/JUAN %20%20Dise%C3%B1o%20y%20desarrollo%20de%20la%20i luminaci%C3%B3n%20de%20un%20camino%20de%20ja rd%C3%ADn%20programable%20inteligente.pdf?sequenc e=2. [Último acceso: 14 09 2018]. [ A. Ventura, «Diodo LED,» 09 05 2008. [En línea]. 2 Available: https://www.monografias.com/trabajos60/diodo] led/diodo-led.shtml. [Último acceso: 14 09 2018]. [ V. García, «Electronica practica aplicada,» 13 11 2010. [En 3 línea]. Available: ] https://www.diarioelectronicohoy.com/blog/pulsadores-sinrebotes. [Último acceso: 14 09 2018]. [ H. Añón Varela, «Blog Redes,» WordPress, [En línea]. 4 Available: https://pondalpar113.wordpress.com/tipos-de] cable/. [Último acceso: 13 09 2018].