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Tema 5: Programación de sistemas electrónicos. Robótica.

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Tema 5: Programación de sistemas electrónicos. Robótica.

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Un automatismo es un mecanismo o máquina que funciona de una manera concreta y no modificable, por ejemplo los limpiaparabrisas del coche.

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Un robot es una máquina automática pero programable y tiene la capacidad de captar y procesar información de su entorno y actuar según la información disponible.
Por ejemplo, un robot de limpieza.

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Para poder controlar los procesos de un robot necesitamos conectarlo a un ordenador o que vaya incorporado. El ordenador podrá procesar la información y generar las distintas ordenes. El ordenador no es capaz de interactuar con los sensores de información y necesitaremos una tarjeta controladora que comunique el ordenador con los distintos sensores y motores. Esta tarjeta es un circuito electrónico que sirve de interfaz entre el ordenador y los dispositivos de entrada y salida de señal.

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Son circuitos integrados programables que en un solo chip tienen las tres funcionalidades básicas de un ordenador: unidad de proceso, memoria y periféricos, tanto de entrada como de salida. Algunos aparatos que contienen un microcontrolador en la vida cotidiana son una lavadora, un frigorífico o el mando de la televisión, entre otras muchas cosas más.

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Regulan y controlan el funcionamiento de un automatismo o de un proceso para que funcione correctamente.

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La acción no esta afectada por la señal de salida. Es decir, el efecto de la salida en el entorno no se tiene en cuenta a la hora de seguir generando una salida. Por ejemplo un ventilador seguirá funcionando aunque la temperatura en la habitación ya sea la adecuada; un tostador tostará el tiempo indicado aunque la tostada ya esté hecha.

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La señal de salida se compara con la de entrada pudiendo corregir errores y ajustar al valor deseado. Por ejemplo, si fijamos la temperatura de la nevera en 5º y la abrimos un tiempo, cuando se cierre actuara con mayor potencia para volver a bajar a 5º y luego bajará la potencia para mantenerse en 5º. Consta de cuatro elementos un sensor, que mide la variable necesaria; un comparador que compara esa variable con la programada; un controlador, que decide según la información del comparador y un actuador que actúa según la decisión del controlador.

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Un sistema de control de lazo cerrado esta compuesto por tres elementos: tarjeta controladora, sensores y actuadores.

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En la sección 1.3 vimos la definición de estas tarjetas, que básicamente tienen un microcontrolador y puertas de entrada y salida. Las tarjetas Arduino tienen sus especificaciones y diagramas esquemáticos con acceso público (Hardware libre) y han permitido infinidad de desarrollos basados en ellas.

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Estos dispositivos son capaces de detectar magnitudes físicas y químicas y a continuación transformarlas en variables eléctricas que pueden ser interpretadas por el microprocesador. En robótica se utilizan una gran cantidad de sensores y los más utilizados los veremos a continuación

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También conocido como LDR (light dependent resistor)

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También conocido como NTC (negative temperature coefficient)

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Utiliza ondas sonoras de ultrasonidos y según el tiempo que tarda en volver la onda calcula la distancia a la que tiene un objeto

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Detecta la cantidad de luz reflejada y gracias a ello diferencia entre blanco y negro o claro y oscuro

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Son capaces de medir la temperatura y la humedad presente en el ambiente

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También llamado PIR (passive infrared). Es capaz de detectar la radiación infrarroja de objetos y personas.

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También llamado final de recorrido es capaz de detectar cuando se ha llegado al final de un espacio.

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Es capaz de medir la aceleración del objeto en el que va instalado.

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Son dispositivos que a través de la energía eléctrica son capaces de activar un proceso con la finalidad de tener un efecto en un proceso automatizado. Los principales elementos que se utilizan como actuadores son diodos LED y motores. Las placas Arduino generan una intensidad máxima de 40 mA.

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Es importante conectar correctamente el ánodo, que es la patilla positiva y la más larga de las dos, y el cátodo, que es la patilla negativa y la más corta de las dos; porque tienen polaridad. Para que funcione correctamente y soporte la corriente necesita una resistencia en serie de unos 220 ohmios.

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Convierten en energía mecánica la eléctrica, girando un eje. El sentido se cambia cambiando la polaridad. Necesitan más de 40 mA para funcionar y por tanto en Arduino es necesario una adaptación. Hay cuatro opciones:
- Conectar una Shield (placa extensora), que permita conectar motores de corriente continua.
- Conectar un transistor a la salida que amplifique la señal del motor y protegerlo con un diodo.
- Accionar el motor mediante un relé conectado a la placa.
- Utilizar un circuito integrado que permita controlar motores (L293 o L298)
También se puede utilizar otro tipo de placa que de más corriente, como la ZUM de BQ

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Son motores de corriente continua de precisión y en cuyo interior tienen un motor con reductora de velocidad y un circuito de control que permite el giro entre 0 y 180º. Sus tres cables se conectan a +5V, a tierra (GND) y al pin digital de salida. En Arduino es necesario escribir la instrucción "#include <Servo.h>  para cargar la librería de Arduino que lo controla.

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5. Las tarjetas de control y su programación.

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5. Las tarjetas de control y su programación.

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-Arduino IDE  de Arduino: se puede programar desde un ordenador de varias formas, permite editar y depurar el código, lenguaje similar a C. Contiene un compilador y un software de comunicación para cargar el programa.

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5.2 Las tarjetas de control y su programación.

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5.2 Las tarjetas de control y su programación.

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-Arduino S4A: permite programar la plataforma Arduino de forma sencilla. Proporciona nuevas comunicaciones. La tarjeta tiene que estar conectada al ordenador para que el programa corra en Arduino.
-Ardublock: entorno de programación visual para Arduino, permite programar mediante bloques funcionales.

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5.2 Las tarjetas de control y su programación.

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5.2 Las tarjetas de control y su programación.

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-ZUM de BQ: Bitbloq: Es una plataforma online de programación y permite programar encajando bloques, requiere conexión a internet.
-Crumble y PICAXE: cada una de estas placas tiene su propio software.

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-Lego: destacan por su sencillez a la hora de ser programados, tienen una amplia gama de sensores con las que se pueden ampliar sus funcionalidades. Pueden conectarse sensores de ultrasonido, color, giroscopio,  contacto etc.
-Otros robots: podemos fabricar nuestro propio robot basándonos en nuestra placa Arduino o comprar un kit para ensamblar. Ollo es un kit de robótica muy básico. mOway es un robot educativo muy conocido.

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Esta basada en una tarjeta con un microcontrolador que permite conectar sensores, actuadores y otros elementos mediante sus entradas y salidas, analógica digitales, y en un entorno de desarrollo que nos permite programarla. Sensores analógicos nos proporcionan una variación de voltaje dentro de un rango dependiendo de lo que varíe la magnitud física medida. Sensores digitales proporcionan valores de tensión que pueden ser interpretados por la controladora como un valor alto o un valor bajo.

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• Microcontrolador
• 6 entradas analógicas
• 14 entradas y salidas digitales.  • Pines de potencia: podemos alimentar un circuito con +5 V, +3,3 V, conectar la masa a GND, etc.
• Botón de reset: para reiniciar la placa.
• USB: para comunicarse con el ordenador.
• Alimentación externa: permite la alimentación mediante pilas o baterías de entre 7 y 12 V para funcionar sin tener conectado el cable USB.

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#2 La tarjeta ARDUINO UNO. PARTES Y CARACTERÍSTICAS

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8. Cómo conectar la tarjeta Arduino al ordenador.

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8. Cómo conectar la tarjeta Arduino al ordenador.

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-Instalar la placa en Windows.
https://www.youtube.com/watch?v=Hz1rLRyFqf4
-Cargar un programa en la placa.
https://www.youtube.com/watch?v=L18nta4pRv8

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Robots: https://www.youtube.com/watch?v=A14GC9vg5M8
Tarjeta Controladora:
https://www.youtube.com/watch?v=R6lrBZLINrw
Microcontroladores:
https://www.youtube.com/watch?v=C_CcRGIwqrE
Sistemas de control:
https://www.youtube.com/watch?v=2SHQTUvvVuM
Elementos de un sistema:
https://www.youtube.com/watch?v=v4X3JTzfRzs
Actuadores:
https://www.youtube.com/watch?v=B3cntDxiCJg
Motores de corriente continua:
https://www.youtube.com/watch?v=w5tyMe0N50A
Servomotores:
https://www.youtube.com/watch?v=aa5FLmGdx6c