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• José Gonzalo Velasquez

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CIENCIAS BASICASI APLICADAS

PROYECTO

CUBO LED 8X8X8 ALUMNOS:

CALLOAPAZA TORRES CRISTHIAN DAVID PAUCARA CONDORI DIEGO QUISPE CHAIÑA SERGI DAVIS QUISPE USCAMAITA HERSSY JUSTO VELASQUEZ MOROCCO JOSÉ GONZALO

ESPECIALIDAD: ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

PROFESOR

HENRY DAVIS LAMA CORNEJO

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Fecha de Entrega: 02 de octubre

AÑO 2017

INTRODUCCIÓN: Comúnmente pensamos en la tecnología como un aspecto inherente al contexto urbano: Desde los altos edificios hasta los sistemas de transporte altamente tecnificados, damos por sentado que las ciudades, donde en el 2050 vivirán 70% de todas las personas del mundo, son el punto de origen de la innovación. Este trabajo se ha realizado con la finalidad de comprender el funcionamiento de los leds conectados entre sí por medio de sus ánodos y cátodosEn este proyecto queremos demostrar, como nosotros podemos manejar la electricidad claramente con potencia más bajas y es que con resistencias y leds podemos jugar con estos, por eso nuestro proyecto busca esto, claramente dicho este cubo led nos ayudaría a reconocer componentes básicos que en el trascurso del laboratorio hiciPero como es que este cubo puede hacer diferentes formas si solo son leds comunes y la respuesta está en Arduino R3 y es que el cubo solo recibe datos binarios vía RS232. Estos datos se pueden generar fácilmente por un número de diferentes lenguajes de programación, como python, perl o php incluso. Elegimos usar Arduino para el software de la PC, ya que el software de controlador micro está escrito en R3. Este efecto de forma del código regulador micro puede copiar-pegar en el software para PC. Al igual que en el código del microcontrolador, este código también hace dos cosas. Donde el micro controlador tiene una rutina de interrupción que dibuja el contenido del cubo en el cubo del LED, el software de la PC tiene una rosca que continuamente envía los datos para el cubo del LED.

Y así hace que se prenda y se apague cada uno de nuestros 512 leds así es 64 leds por base x8 bases todo esto es igual a 512 leds, y es que al usar más leds podemos apreciar mejor como actúa el cubo y sus efectos. Para recalcar que en un cubo led abarca pocos temas de electricidad como por ejemplo: La ley de OHM ya que nos habla de lo que es resistencias, y además de que nos ofrecen las fórmulas que nos ayudó para lo que es la cantidad de fuente que usaremos y la conductancia. Además de otros temas como es el código de colores para la previa compra de nuestros cables que usaremos. También lo que es led y saber que, en qué tipo de corriente su potencia es más incandescente. También usamos el tema de los circuitos reconociendo que nuestro leds están en serie. Siempre que comenzábamos una plática de la lluvia de ideas, partíamos del punto de que los seres humanos somos prácticos, porque modificamos nuestro entorno, creando herramientas para hacer nuestra vida más sencilla cada vez, por lo tanto sería arrogante pensar, que las comunidades rurales no fueran prácticas, de hecho son los primeros. Por eso antes de entrar a un marco teórico más avanzado debemos saber que compónenentes esta hecho.

OBJETIVOS:

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Experimentar con las luces de los Leds para una eventual solución técnica de cualquier empresa que lo solicite Experimentar con las luces de los Leds para una eventual solución técnica de cualquier empresa que lo solicite. Demostrar la aplicación de manejo de puertos de los micros controladores pics en control de luces. Obtener las bases de programación en Arduino, creando un programa con una secuencia lógica que será demostrada por un sistema digital diseñado para ejecutar el programa desarrollado. Reconocer y entender cómo funciona un cubo LED de 8×8x8 y cómo elaborar un prototipo. Poner de manifiesto la realidad de la construcción de distintos materiales y establecer una metodología de trabajo, para superar las dificultades que puedan surgir a la hora de construirlos, así como establecer una temporalización adecuada. Realizar la construcción de cubo leds por medio de métodos básicos de la tecnología Diseñar e implementar la programación directa de cubo leds por medio de los conocimientos adquiridos en el curso. Desarrollar de manera correcta una programación para la animación del cubo por medio del Arduino. Poner de manifiesto la realidad de la construcción de distintos materiales y establecer una metodología de trabajo, para superar las dificultades que puedan surgir a la hora de construirlos, así como establecer una temporalización adecuada. Definir conceptos relacionados con la funcionalidad y materiales de un cubo LED de 8x8x8. Reconocer y tener en cuenta las recomendaciones sobre cómo funciona y se arma un prototipo de cubo LED de 8x8x8. Elaborar material curricular para la construcción de proyectos en el ámbito científicotecnológico. Lograr que los estudiantes apliquen las gráficas en el cubo mediante el manual lógico y teórico. Aumentar nuestros conocimientos no solo en la programación sino que en el cálculo y las matemáticas. Proporcionar a los estudiantes los conocimientos básicos y técnicos acerca de la programación y desarrollo en el software.

Fundamentos teóricos: 

Funcionamiento de un led RGB de un nodo común: Un led es un componente electrónico que permite el paso de corriente en un solo sentido. Y al ser atravesado por la misma emite luz. Es un componente sólido, sin filamento ni gases, lo que es muy conveniente gracias a su amplia vida útil y bajo consumo. Es antiexplosivo porque no utiliza chispa ni la incandescencia de un filamento y prácticamente no genera temperatura en comparación con las demás tecnologías de iluminación. El LED tiene polaridad ya que funciona polarizándolo de una sola forma, es un diodo (componente rectificador con la peculiaridad de que además de permitir el paso de corriente en un solo sentido, al hacerlo emite luz y ésa es primordialmente su función), tiene un borne que debe conectarse a negativo y el otro debe conectarse a positivo. El borne negativo es el cátodo y el positivo el ánodo. Un LED tiene ciertas características eléctricas/electrónicas de fábrica que determinan cómo se le debe alimentar para que trabaje óptimamente. Éstas son: 1. Tensión correcta en el trabajo 2. Consumo

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Los diodos de dos terminales: Los diodos son dispositivos semiconductores que permiten hacer fluir la electricidad solo en un sentido. La flecha del símbolo del diodo muestra la dirección en la cual puede fluir la corriente. Los diodos son la versión eléctrica de la válvula o tubo de vacío y al principio los diodos fueron llamados realmente válvulas.

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Funcionamiento de un registro de lanzamiento: Un registro de desplazamiento es todo circuito que transforma un dato en formato serie a formato paralelo o viceversa donde todas las operaciones son sincronizadas por una señal de reloj externa. En este proyecto se van a utilizar los registros de desp. Lanzamiento para poder multiplexar la señal del micro controlador. Más concretamente se utilizarán los registros de desplazamiento 74HC595 que a continuación se explican con más detalle. Este registro de desplazamiento funciona como un serie a paralelo, esto quiere decir que convierte un string (cadena) de datos binarios en formato serie a un formato paralelo donde dichos datos se encuentran sincronizados con una señal de reloj externa.

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Micro controlador y Arduino: Como ya se ha mencionado anteriormente un micro controlador es un circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres unidades funcionales de una computadora: CPU, Memoria y Unidades de E/S, es decir, se trata de un computador completo en un solo circuito integrado. En el caso de este proyecto se va a utilizar un micro controlador de la compañía Atmel que son los que utiliza la plataforma Arduino en la que se basa este proyecto.

Es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un micro controlador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares.

Arduino puede tomar información del entorno a través de sus entradas analógicas y digitales, y controlar luces, motores y otros actuadores. El micro controlador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino 

Control de la intensidad de brillo de los leds: Arduino puede tomar información del entorno a través de sus entradas analógicas y digitales, y controlar luces, motores y otros actuadores. El micro controlador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino.

En la placa Arduino uno existen 6 pines de salida PWM, eso es un problema a la hora de confeccionar un diseño modular partiendo de 64 LEDS y que puede ser ampliado hasta muchos más LEDS.

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Resistencias: Una resistencia es un elemento pasivo que disipa energía en forma de calor, también establece una relación de proporcionalidad entre la intensidad de corriente que la atraviesa y la tensión medible entre sus extremos (Ley de Ohm). Su principal utilidad es la de realizar caídas de tensión a la hora de conectar otro tipo de componentes electrónicos

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Diseño y fabricacion de las PBCs: Una PCB es una placa de circuito impreso que se utiliza para conectar eléctricamente (a través de los caminos conductores), y sostener mecánicamente (por medio de la base), un conjunto de componentes electrónicos. Una vez se ha realizado el esquemático se procede a realizar el diseño de las PCBs. La idea principal del desarrollo de estas PCBs para que pueda diseñarse un proyecto modular es la de poder realizar una PCB estándar apilable, es decir, sólo con el diseño de una única PCB reproducir esta PCB tantas veces como sean necesarias para alcanzar el objetivo buscado y poder conectarlas entre sí de tal forma que nos permita realizar esto. Así se economiza considerablemente la fabricación de la PCB.

Para no tener problemas a la hora de realizar una masa común, una entrada de tensión común y una distribución correcta de las señales que se necesitan para activar los circuitos de control, se decide hacer una PCB apilable con jumper de selección a la hora de poder elegir que señal es la que se desea que pase de una PCB a otra. Esta PCB con los circuitos de control de los cátodos tiene un total de 64 circuitos de control de cátodos. MATERIALES Materiales para construir el cubo Esto es lo que necesitamos para hacer un cubo de LED:  512x LED (más algún extra para cometer errores).  8 drivers MC74HC574N.  8 reguladores a 5 voltios.  2 74LS04.  1HD74LS138P.  8 ULN2803AP.  10 condensadores 104V será micos.  100 resistencia de 220Ω .  Arduino mega 2560 CANTIDAD COSTO IMAGEN

COSTO TOTAL

LED

550

drivers MC74HC574N

S/. 18 X 100 unida

8

Reguladores a 5 voltios. 8

Controladores inversos

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UTILIDADES EN LA SOCIEDAD Y PROCEDIMIENTO

Existe una evolución cada día mayor en este sector, parte de esta evolución es gracias a la aparición del LED en el mercado, miles de fabricantes están apostando por esta nueva forma de iluminación. Incluso utilizándola no sólo para generar todo tipo de luces sino para realizar pantallas de video entre muchas otras aplicaciones diferentes.

Estos aparatitos LED ya vienen sustituyendo a las luces convencionales, porque su consume de energía es muy bajo y también tiene una mayor duración de intensidad luminosa.

Entre sus utilidades principales podemos destacar la Publicidad, eventos musicales/visuales y señalización de la vía pública.

PUBLICIDAD

Como se sabe que la publicidad es lo que más abunda en estos tiempos utilizando sistema de luces LED en 2D, para darnos a conocer de sus diferentes productos. Lo que se quiere conseguir es una visualización con un ángulo de 360° y no solo de una vista frontal o perpendicular, con esto se llevaría a cabo una mayor atención del usuario.

(Luces LED en las publicaciones o iluminación)

(Imagen 3D de una moto lineal) EVENTOS MUSICALES Aquí se aprecia lo que más se usa con las diferentes exposiciones artísticas, musicales, lo que es más común con este proyecto, la constante evolución y amplia oferta a la hora de crear eventos y que estos resulten solventes para los empresarios obliga a estar siempre innovando y adaptando dicha oferta queriendo estar un paso por delante respecto a sus competidores. Por ello, tanto las salas de conciertos, como las discotecas o cualquier otro tipo de evento musical están siempre adquiriendo nuevos productos y nuevas formas para atraer al público a su evento. Con este innovador sistema tridimensional se pretende generar un nuevo concepto a la hora de llevar a cabo una experiencia visual única al usuario.

(Luces 3D en eventos artísticos) SEÑALIZACION PÚBLICA Hoy en día ya son un gran número de ciudades y municipios que han adaptado o están adaptando su iluminación a la iluminación LED. Pero hasta ahora podemos observar como dicha señalización (semáforos, pantallas o señales viales) únicamente utilizan sistemas bidimensionales (2D). Una gran ventaja de utilizar un sistema 3D es que te puede hacer llegar dicha información a todos los ángulos que rodean el objeto tridimensional de LEDs.

(Algunas imágenes utilizando visualización 3D) PROCEDIMIENTOS: 1. Primeramente se hace la estructura del cubo led en donde cada diodo led debe de tener una separación de 2 cm tanto de largo como de ancho y también esta estructura está compuesta por 8 filas y columnas cada fila; como columna deberá de tener 64 diodos led y en total seria que nuestro cubo led está conformado por 512 diodos led por lo cual nuestro proyecto se le conoce como 8x8x8 cubo led. -

Base en donde haremos la estructura del cubo led.

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Luego en un tripley deberá de ir coloca nuestro cubo led con sus medidas respectivas.

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Luego se pasa a hacer unos pequeños agujeros para que vaya colocado el diodo led.

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Se retira los clavos con lo que hicimos el agujero.

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Nuestro cubo led debe de ir colocado en el tripley y deberá de tener esta forma.

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Nuestro cubo está compuesto por diodos led lo cual estos tienen un terminal positivo y negativo (el terminal más largo es el positivo y el terminal corto es el negativo) estos deberán de ir conectados entre sí por lo cual soldaremos todos los terminales negativos horizontalmente y los positivos verticalmente.

¿QUÉ ES DIODO LED? Un diodo Led es un diodo que además de permitir el paso de la corriente solo en un sentido, en el sentido en el que la corriente pasa por el diodo, este emite luz.

2. Se hace el circuito de nuestro cubo led, este circuito está compuesto por: 64 resistencias de 240 ohmios, 9 circuitos integrados de 74HC595N, 16 transistores de PN 2222, alambre conector de un solo hilo y finalmente una placa (galleta) para hacer nuestro circuito con las debidas conexiones.

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Circuito del cubo led.

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Se ubica los componentes en nuestra placa.

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Se sueldan los componentes de acuerdo a nuestro circuito.

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Una vez soldado todos los componentes.

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¿PARA QUÉ SIRVE UN TRANSISTOR 2N2222?

Sirve tanto para aplicaciones de amplificación como de conmutación. Puede amplificar pequeñas corrientes a tensiones pequeñas o medias; por lo tanto, sólo puede tratar potencias bajas (no mayores de medio Watt). Puede trabajar a frecuencias medianamente altas.

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¿QUE ES UN CIRCUITO INTEGRADO?

Un circuito integrado (CI), también conocido como chip o microchip, es una estructura de pequeñas dimensiones de material semiconductor, normalmente silicio, de algunos milímetros

cuadrados de superficie (área), sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o de cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre el Circuito Integrado y un circuito impreso.

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¿QUÉ ES UNA RESISTENCIA? Se le denomina resistencia eléctrica a la oposición al flujo de electrones al moverse a través de un conductor.

PLACA (GALLETA) Es en donde se hacen circuitos eléctricos.

3. Hacer una fuente de alimentación casera, su función de este circuito es convertidor corriente alterna a corriente continua lo cual este será la fuente de alimentación de nuestro cubo led; este circuito requiere de lo siguiente componentes: un condensador de 100nf, 2 condensadores o capacitores de 2200 uf de 50 v, un potenciómetro de 5k ohmios, un transformador, un puente de diodos (4diodos), un transistor LM317 y finalmente una placa en donde se hará el circuito. -

Circuito de fuente de alimentación regulable.

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Poner los componentes de acuerdo al circuito.

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Se suelda los compontes.

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Se conecta el transformador con el circuito.

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¿QUÉ ES UN CONDENSADOR ELECTROLÍTICO? Un condensador electrolítico es un tipo de condensador que usa un líquido iónico conductor como una de sus placas. Típicamente con más capacidad por unidad de volumen que otros tipos de condensadores, son valiosos en circuitos eléctricos con relativa alta corriente y baja frecuencia. Este es especialmente el caso en los filtros de

alimentadores de corriente, donde se usan para almacenar la carga, y moderar la tensión eléctrica de salida y las fluctuaciones de corriente en la salida rectificada. También son muy usados en los circuitos que deben conducir corriente continua pero no corriente alterna.

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¿PARA QUE SIRVE UN PUENTE DE DIODO RECTIFICADOR? El puente rectificador es un circuito electrónico usado en la conversión de corriente alterna en corriente continua.

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¿QUÉ ES UN TRANFORMADOR? Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.

¿PARA QUÉ SIRVE EL TRANSISTOR LM317? El TO-220 es un tipo de encapsulado de dispositivos electrónicos, comúnmente usado en transistores, reguladores de tensión y diversos circuitos integrados. El encapsulado TO-220 trae usualmente tres patas, aunque existen también de dos, cuatro, cinco e, incluso, siete patas. Una característica notable de este tipo de encapsulado es el reverso metálico, que posee un agujero utilizado para montar el dispositivo sobre un disipador. Los componentes que poseen un encapsulado TO-220 pueden manejar mayores potencias que aquellos que son construidos sobre encapsulados TO-92.

¿QUÉ ES UN POTENCIOMETRO?

Un potenciómetro es uno de los dos usos que posee la resistencia o resistor variable mecánica (con cursor y de al menos tres terminales). Conectando los terminales extremos a la diferencia de potencial a regular (control de tensión), se obtiene entre el terminal central (cursor) y uno de los extremos una fracción de la diferencia de potencial total, se comporta como un divisor de tensión o voltaje.

Según la potencia que disipe en su funcionamiento, como regulador de tensión, así debe ser la potencia de la resistencia variable.

4. Conectar nuestro circuito de cubo led con el circuito de fuente alimentación para así dar funcionamiento a nuestro circuito ya que requiere una fuente de alimentación para que este pueda prender.

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Soldar el cubo led con la resistencias del circuito y conectarlo con la fuente de alimentación.

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Una vez ya soldado nuestro proyecto de cubo led deberá de quedar así.

5. Finalmente conectamos todo el circuito con el Arduino uno R3, ya que este Arduino será el controlador de nuestro circuito.

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¿QUÉ ES UN ARDUINO UNO R3?

Este es el nuevo Arduino Uno R3 utiliza el microcontrolador ATmega328. En adición a todas las características de las tarjetas anteriores, el Arduino Uno utiliza el ATmega16U2 para el manejo de USB en lugar del 8U2 (o del FTDI encontrado en generaciones previas). Esto permite ratios de transferencia más rápidos y más memoria. No se necesitan drivers para Linux o Mac (el archivo inf. para Windows es necesario y está incluido en el IDE de Arduino). La tarjeta Arduino Uno R3 incluso añade pins SDA y SCL cercanos al AREF. Es más, hay dos nuevos pines cerca del pin RESET. Uno es el IOREF, que permite a los shields adaptarse al voltaje brindado por la tarjeta. El otro pin no se encuentra conectado y está reservado para propósitos futuros. La tarjeta trabaja con todos los shields existentes y podrá adaptarse con los nuevos shields utilizando esos pines adicionales. El Arduino es una plataforma computacional física open-source basada en una simple tarjeta de I/O y un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje Processing/Wiring. El Arduino Uno R3 puede ser utilizado para desarrollar objetos interactivos o puede ser conectado a software de tu computadora (por ejemplo, Flash, Processing, MaxMSP). El IDE open-source puede ser descargado gratuitamente (actualmente para Mac OS X, Windows y Linux). Nota: Esta plataforma requiere la carpeta de drivers Arduino 1.0 para poder instalarlo de forma apropiada en algunos computadores. Hemos testeado y confirmado que el Arduino Uno R3 puede ser programado en versiones anteriores del IDE. Sin embargo, la primera vez que uses el Arduino en una nueva computadora deberás tener el Arduino 1.0 instalado en la máquina. Si estás interesado en leer más acerca de los cambios en el IDE, revisa las notas oficiales de Arduino 1.0.

CARACTERISTICAS DEL ARDUINO UNO R3:

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Microcontrolador ATmega328. Voltaje de entrada 7-12V. 14 pines digitales de I/O (6 salidas PWM). 6 entradas análogas. 32k de memoria Flash. Reloj de 16MHz de velocidad.

EVIDENCIAS

(Colocando los LED el molde)

(Poniendo los microprocesadores)

(Soldando los diodos led)

(Colocando leds al molde y doblando los terminales)

CONCLUCIONES:

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Con los conocimientos básicos se logra realizar un circuito de base electrónica para el funcionamiento del cubo y manejo del sistema operativo arduino.

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Con la programación se logra el funcionamiento del proyecto además de lograr ensamblar el circuito apropiado y aplicar los conocimientos adquiridos en los cursos tomados por el estudiantado de grado línea de electrotecnia industrial.

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Entendimiento de que es y cómo es la electrónica además de lograr mostrarla de una manera más práctica y divertida probando un sistema de arduino de manera apropiada para la socialización del proyecto.

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Se logra fortalecer el trabajo en grupo y desarrollar las competencias interpersonales de cada uno logrando un trabajo con un desarrollo exitoso.

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Después de ver los resultados obtenidos se concluye que la respuesta a la pregunta es cierta, ya que se cumplieron la mayoría de los objetivos propuestos.

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Este proyecto deja ver que es posible construir cubos LED desde una programación básica y con una gran variedad de aplicaciones al mundo del interiorismo y la decoración.

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Se puede concluir que el Cubo puede ser una herramienta didáctica para la enseñanza lúdica gracias a su diseño y a su calidad de imagen.

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Se pusieron en práctica los conocimientos, adquiriendo mayor habilidad en la elaboración de circuitos impresos, soldadura, y programación en arduino.

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Este proyecto permitió desarrollar y aplicar habilidades tanto en software en Hadware ampliando los conocimientos.

OBSERVACIONES:

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No contábamos con el tiempo suficiente para ver en grupo los resultados obtenidos en el Cubo y fue terminado por uno de nuestro grupo casi en el último momento.

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Cambiamos de proyecto casi al último momento por mayoría de voto de nuestro grupo y se complicó un poco en la organización y tiempo del proyecto.

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Nos costó más tiempo en la realización de leds ya que no se contaba con una casa y se realizó en nuestro instituto y la programación.

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No se creó un programa de acuerdo a nuestro criterio en la función del arduino, solo adaptamos otras programaciones por cuestiones de tiempo.

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No se contó con la menoría de materiales que necesitaríamos y nos vimos obligados a realizar con lo que ya teníamos para la realización del proyecto.

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Se sugiere que tomen prevenciones en este proyecto, siempre primero es la seguridad ya que sufrimos algunas quemaduras leves con el cautín al proceso de soldar con estaño los cátodos y ánodos de los leds

BIBLIOGRAFIA

file:///C:/Users/HERSSY-PC/Downloads/jordi.aguilar.dominguez_102297.pdf https://www.youtube.com/watch?v=VxLAtcOu18s https://www.youtube.com/watch?v=_ERw6sOw5Fg https://www.youtube.com/watch?v=wUtdk-zWvfw https://es.wikipedia.org/wiki/Arduino