LAB N°7: SENSORES Y ACTUADORES DIGITALES CON ARDUINO

I.CAPACIDAD TERMINAL:

• Identificar las aplicaciones de la Electrónica Digital.
• Describir el funcionamiento de las unidades y dispositivos de almacenamiento de información.
• Implementar circuitos de lógica combinacional y secuencial.

II. COMPETENCIA ESPECÍFICA DE LA SESIÓN:

• Programación de sensores digitales con Arduino.
• Programación de actuadores digitales con Arduino.
• Implementación de proyecto con sensores y actuadores digitales.

III. CONTENIDOS A TRATAR:

• Arduino.
• Sensores digitales.
• Actuadores digitales.
• Programación de proyecto con Arduino.

IV. RESULTADOS:

• Diseñan sistemas eléctricos y los implementan gestionando eficazmente los recursos materiales y humanos a su cargo.

V. MATERIALES Y EQUIPO:

• Tarjeta Arduino.
• Entrenador para Circuitos Lógicos.
• PC con Software de simulación. 
• Guía de Laboratorio.

VI. FUNDAMENTO TEÓRICO:

Continuando con los conocimientos del laboratorio previo, en éste señalaremos algunos aspectos importantes con programación con Arduino.

Comencemos:

- TARJETA ARDUINO:

Hispavila, en una de sus publicaciones realizadas por García, hace descripción acerca del dispositivo 74LS192 (74HCTLS192), el cual es un contador de décadas, que utiliza entradas separadas de reloj, contador adelante y contador atrás, en el modo de conteo, los circuitos funcionan de forma síncrona. El funcionamiento síncrono es proporcionado, por tener todos los registros flip-flops simultáneos, de modo que las salidas, cambian juntas según la lógica de control. Este modo de funcionamiento, elimina los picos de conteo de salida que, normalmente se asocian con los contadores asíncronos (ondulación de reloj). 

Las entradas y salidas son totalmente compatibles con dispositivos TTL, NMOS y CMOS, con un ancho de operatividad de 4,5V a 5,5V.

Cabe añadir que las tarjetas arduino permiten poner a prueba todos los comandos que se han programado en el software.

Figura 01: Tarjeta Arduino Ethernet

- SENSORES DIGITALES:

Son aquellos que frente a un estímulo pueden cambiar de estado ya sea de cero a uno o de uno a cero, en términos de lógica digital, en este caso no existen estados intermedios y los valores de tensión que se obtienen son únicamente 2V, 5V y 0V aproximadamente.

Ahora bien, como los sensores comunmente serán utilizados con:

          * Circuitos lógicos.

          * Microcontrolador.

          * Sensores analógicos. 

Los sensores digitales, pueden aprovechar las rutinas de optimización de software que no están disponibles en el modo analógico. Técnicas como:

• El sobremuestreo.
• El filtrado digital. 

Pueden mejorar considerablemente la resolución del sensor y la discriminación de frecuencias. Estas mejoras en el rendimiento no generan aumento en los costos. Está todo en el software. 

Un sensor digital tiene una memoria integrada, se puede almacenar información.  Los datos estables, tal como el número de pieza, el nivel de revisión, el número de serie y los factores de calibración del dispositivo se pueden incluir y acceder fácilmente.  Los datos dinámicos, como el número de interrogantes, los registros de error y las horas de operación pueden programarse en el software del sensor.  Estos datos pueden respaldar un sólido programa de fiabilidad y garantía de calidad para los sistemas que utilizan estos sensores.

La tecnología de sensores digitales ha permitido a los fabricantes de sensores crear productos que satisfacen las necesidades únicas del sistema de un cliente.  Hoy en día, éstos contienen más de un elemento de detección. 

Figura 02: Sensor Digital

- ACTUADORES DIGITALES:

Permite interactuar con el entorno. Es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre elemento externo. 

Éste recibe la orden de un regulador, controlador o en nuestro caso un Arduino y en función a ella genera la orden para activar un elemento final de control como, por ejemplo, una válvula.

Tipos de actuadores:

• Electrónicos
• Hidráulicos
• Neumáticos
• Eléctricos
• Motores
• Bombas

Ocasionalmente se necesita un “driver” o manejador para poder mandar órdenes desde Arduino.

Es importante tomar en cuenta:

• Los pines de Arduino sólo pueden manejar un máximo de 40mA y recomendable usar 20mA de forma continua.
• Arduino, sólo puede manejar un total de 200 mA de salida. Es decir que la corriente máxima que admite Vcc y GND son 200 mA.

Figura 03: Programación ejemplo de actuadores digitales

- PROGRAMACIÓN BÁSICA CON IDE ARDUINO:

Consiste en traducir a líneas de código las tareas automatizadas que queremos hacer leyendo de los sensores y en función de las condiciones del entorno programar la interacción con el mundo exterior mediante unos actuadores.

Arduino proporciona un entorno de programación sencillo y potente para programar, pero además incluye las herramientas necesarias para compilar el programa y “quemar” el programa ya compilado en la memoria flash del microcontrolador. Además el  IDE nos ofrece un sistema de gestión de librerías y placas muy práctico. Como IDE es un software sencillo que carece de funciones avanzadas típicas de otros IDEs, pero suficiente para programar. En el lenguaje de programación es importante reconocer y ubicar debidamente:

• setup() es la parte encargada de recoger la configuración.
• loop() es la que contiene el programa que se ejecuta cíclicamente. 

De ahí el término loop –bucle-, ambas funciones son necesarias para que el programa trabaje.

Figura 04: Partes de una programación con Arduino

VII. SEGURIDAD EN LA EJECUCIÓN DEL LABORATORIO:

VIII.EVIDENCIA DE TAREAS EN LABORATORIO:

• EQUIPOS Y MATERIALES:

Figura 05: Experimentador ETS - 7000 Digital-Analog Training System

Figura 06: RedBoard Programmed with Arduino

Figura 07: Cable de conexión con PC tipo A y tipo B - Cargador - Conductores 

• EXPERIENCIAS EN EL LABORATORIO 

  Experiencia 1:

En nuestra primera experiencia lograremos realizar el circuito con un arduino, displays, y unos pulsadores, esto se realizara mediante el software de ARDUINO para colocar la programación y así que obedezca lo que se pide, lo que requiere que es al accionar los pulsadores esto incrementen los numero en el desplaya iniciando desde 0 hasta 99. 

Primero se logra realizar la conexión de la siguiente manera: 

 FIGURA 8: CONEXIÓN DE DISPLAYS CON ARDUINO

 primero conectado el arduino con el Display:
En este caso se usaran 2 Display que se conectaran:
ARDUINO; DISPLAY 1, DISPLAY 2
8-A
9-B
10-C
11-D
3-A
2-B
1-C
0-D

FIGURA 9: CONEXIÓN DE ARDUINO CON PULSADORES

La conexión para nuestro pulsadores serán las siguientes:

ARDUINO:

salida 6 

Pulsadores:

en A (abnegado)

SU PROGRAMACIÓN SERA..

ESTO MOSTRARA COMO SE LOGRA INCREMENTAR LA NUMERACIÓN DE 0 A 99; APRECIAR EL VIDEO DE DEMOSTRACIÓN.

EXPERIENCIA 2.

En esta siguiente experiencia se vera a su vez que la anterior se vio que se logro aumentar los números accionado un pulsador, ahora gracias a esa acción se lograra usar el otro pulsador para lograr disminuir el numero hasta el 0.

Primero se logra realizar la conexión de la siguiente manera: 

FIGURA 10: CONEXIÓN PULSADORES CON ARDUINO

La conexión para nuestro pulsadores serán las siguientes:

ARDUINO:

salida 7

Pulsadores:

en B (Abnegado)

esta conexión se la aumentara a la anterior ya realizada.

SU PROGRAMACIÓN SERA..

ESTO MOSTRARA COMO SE LOGRA INCREMENTAR y DISMINUIR LA NUMERACIÓN DE 0 A 99; APRECIAR EL VIDEO DE DEMOSTRACIÓN.

RETO

1

sera de lograr una programación el cual al momento de llegar al numero 99 se quede quieto ahí y solo se logre disminuir PERO NO SOBRE PASARA EL 99.

PROGRAMACIÓN.

FOTO:

2

En esta oportunidad de realizar el siguiente circuito que constara de : Añada 3 salidas digitales (LEDS) y modifique código para que el programa se comporte como un SEMÁFORO con CONTADOR REGRESIVO

Respecto a la conexión se le agregará leds que funcionaran como nuestro semáforo:

CONEXIÓN.

FIGURA 11: CONEXIÓN DE LED CON ARDUINO

ARDUINO-LEDS

A0-1
A1-2
A2-3

PRGRAMACION:

CONEXIONADO GENERAL DE TODAS NUESTRAS EXPERIENCIAS

FIGURA 12: CONEXIÓN GENERAL DE LAS EXPERIENCIAS

• VIDEO:

CON LA TECNOLOGÍA DE VEGAS PRO 12.0

IX. OBSERVACIONES:

1. Realizamos la instalacion de nuestros circuitos usando el ARDUINO
2. Usamos dos DISPLAYs en esta sesión
3. Usamos el arduino para enceder tres led de color rojo
4. Notamos que la programación es un poco mas compleja para este laboratorio
5. Conectamos el GND del ARDUINO al GND del digital-Analog training system
6. Usamos dos pulsadores en esta sesión
7. Según como hicimos la conexion y la programación de nuestro ARDUINO uno de los pulsadores servirá para contar de forma ascendente y e otro para contar de formas descendente. 
8. Notamos que también podemos usar los SUICHES del digital-Analog training system en ves de los pulsadores, notamos la función es casi la misma, el pulsador se sueta, el suiche se engaña.
9. el código de "unidades ++" es el cual nos permite que el contador tenga la función como de contar en forma progresiva, en nuestro caso lo programamos de un cero hasta el 9, usando también otros códigos.
10. al conectar el DISPLAY al ARDUINO el cual se tenia que cumplir.

X. CONCLUSIONES:

1. Identificamos la aplicación de la electrónica digital
2. Logramos implementar circuitos de lógica combinacional
3. Es importante vincular el ARDUINO con el programa
4. Se logro realizar el reto propuesto el cual trataba de un contador regresivo
5. Se logro realizar la programación para encender los Display
6. Se logro usar de manera correcta las herramientas y equipos de trabajo.
7. Es importante trabajar en orden, para evitar accidentes, trabajar mas rápido
8. Logramos encender los LEDs imitando la función del semáforo .
9. Trabajamos responsable mente a la hora de hacer las conexiones y de sus respectivas programaciones del ARDUINO.
10. El ARDUINO tiene una variedad de funciones las cuales en cada sesión vamos conociendo mas sobre como usarlos, lo mas importa es que captemos la lógica de estos dispositivos la cual nos permitirá hacer proyectos innovadores.  

XI. FOTO GRUPAL:

INTEGRANTES:

- Flores Olazábal, Adrian

- Llacchua Huarsaya, Eveline Jessica

- Sucari Mamani, Yhon

XII. BIBLIOGRAFÍA:

• Arrow. (2018). Sensores Digitales: camino al futuro. Recuperado de: https://www.arrow.com/es-mx/research-and-events/articles/te-digital-sensors-the-path-forward
• EroPic. (2018). Sensores. Recuperado de: http://perso.wanadoo.es/luis_ju/sensor/indexsen.html
• García, V.. (2018). El Circuito Integrado 74HCTLS192. Recuperado de: http://hispavila.com/total/3ds/tutores/ls192.htm
• Wordpress. (2018). Actuadores y Sensores. Recuperado de: https://aprendiendoarduino.wordpress.com/category/actuadores/
• Wordpress. (2018). Programación con Arduino. Recuperado de: https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2017/01/23/programacion-arduino-5/

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Para mayor información, escríbemos a los correos: eveline.llacchua@tecsup.edu.pe ; adrian.flores.o@tecsup.edu.pe; yhon.sucari@tecsup.edu.pe