Las shields son placas de circuitos modulares que se montan unas encima de otras para dar funcionalidad extra a Arduino. Los Shields son apilables.
Las shields se pueden comunicar con el arduino bien por algunos de los pines digitales o analógicos o bien por algún bus como el SPI, I2C o puerto serie, así como usar algunos pines como interrupción. Además estas shields se alimenta generalmente a través del Arduino mediante los pines de 5V y GND.
Cada Shield de Arduino debe tener el mismo factor de forma que el standard de Arduino con un espaciado de pines concreto para que solo haya una forma posible de encajarlo.
Debemos tener en cuenta que cuando instalemos un shield, habrá que leer su documentación que nos dirá si inhabilita algunas de los pines I/O o si usa un bus y que requisitos tiene para su utilización, así como el software o librería que necesita para su uso. Generalmente las shields tienene un ejemplo o una librería para su uso.
En algunos casos los shiels pueden tener el pineado que no permita apilar más.
Veamos algunos de los shields más importantes de Arduino:
Ethernet Shield: http://arduino.cc/en/Main/ArduinoEthernetShield
La placa Arduino se comunica con el módulo W5100 y la micro-SD utilizando el bus SPI (mediante el conector ICSP). Esto se encuentra en los pines digitales 11, 12 y 13 en el modelo UNO y en los pines 50, 51 y 52 del modelo MEGA. En ambas placas, el pin 10 es utilizado para seleccionar el W5100 y el pin 4 para la micro-SD. Estos pines no pueden ser utilizados para otros fines mientras la Ethernet Shield esté conectada. El en MEGA, el pin SS (53) no es utilizado pero debe dejarse como salida para que el bus SPI funcione correctamente.
Usa la librería ethernet: http://www.arduino.cc/en/Reference/Ethernet
Arduino Wifi Shield: http://arduino.cc/en/Main/ArduinoWiFiShield
Permite conectar un Arduino a Internet mediante Wifi y hace uso de la librería WiFi Library http://arduino.cc/en/Reference/WiFi
También dispone de un slot para una tarjeta micro SD.
Este shield se comunica con Arduino a través del bus SPI mediante los pines ICSP y usa los pines 4 y 10 al igual que la Shield Ethernet. También hace uso del pin 7 que no puedes ser usado.
Debe tenerse en cuenta que dado que la tarjeta SD y la wifi usan el mismo bus SPI, no pueden trabajar simultáneamente, debe tenerse este aspecto en cuenta durante la programación si usamos ambos periféricos. Esta tarjeta también dispone de un interfaz en placa para actualizaciones de firmware y diagnósticos.
Este shield ya está descatalogado y ha sido sustituido por el Arduino WiFi Shield 101
Arduino WiFi Shield 101: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoWiFiShield101
Este nuevo shield es una mejora de la anterior wifi shield desarrollado junto con Atmel que usa el módulo WINC1500 y también añade funciones de cifrado hardware gracias al chip de cifrado ATECC508A diseñado para el mercado de IoT. Los pines 5 y 7 son usados por este shield.
Usa una nueva librería llamada WiFi101 https://www.arduino.cc/en/Reference/WiFi101 que también usan otros Arduinos con wifi integrado como el MKR1000. Esta librería es muy compleja y ocupa más del 60% de la memoria disponible en el Arduino UNO, dejando poco espacio para los sketches. Si se van a realizar programas complejos, este shield es recomendable usarlo con Arduino Zero, 101 o Mega.
Arduino GSM Shield:
Conecta Arduino a Internet mediante GPRS, usando una tarjeta SIM. También permite enviar y recibir mensajes (SMSs) y llamadas de voz.
Telefónica presentó la nueva versión del proyecto Arduino GSM/GPRS Shield, un dispositivo que incorpora conexión GPRS/GSM a una placa base de hardware libre, dando como resultado un dispositivo de bajo coste conectado gracias a la tecnología machine to machine (M2M) de Telefónica. ¿El fin? Abrir nuevas posibilidades para que el llamado internet de las cosas pueda prosperar de forma sencilla y económica con la colaboración de Arduino.
Como cualquier otro elemento de Arduino, está disponible la documentación de HW y SW y es open source. Usa los pines 2 y 3 (software serial) y el pin 7 (reset), pero hay una serie de condicionantes para su uso con los Arduinos Mega, Yun y Leonardo debido a que los pines que se usan para comunicar deben tener implementada interrupción en el pin 2.
Para su uso es necesaria la librería GSM Library: http://arduino.cc/en/Reference/GSM
En este caso por el consumo de esta shield, se hace necesario alimentar a Arduino mediante una fuente externa y no desde el USB ya que no es capaz de proporcionar suficiente energía.
También es posible hacer llamadas de voz haciendo unas pequeñas modificaciones, añadiendo un micrófono y un altavoz.
Arduino Motor Shield: http://arduino.cc/en/Main/ArduinoMotorShieldR3
Permite manejar dos motores DC, controlando su dirección y velocidad. Está basado en un chip de doble puente H L298:
- Producto: http://www.st.com/web/en/catalog/sense_power/FM142/CL851/SC1790/SS1555/PF63147
- datasheets: https://www.sparkfun.com/datasheets/Robotics/L298_H_Bridge.pdf
Para manejar un motor DC se puede usar otro integrado de puente H el L293 (http://www.ti.com/lit/ds/symlink/l293.pdf) como en el proyecto 2 de https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2015/04/16/tema-5-taller-de-proyectos-con-arduino/, pero este shield nos facilita mucho su uso.
Este shield usa dos canales y cada canal usa 4 pines, en total nos ocupa 8 pines del Arduino
Un módulo con el mismo puente H pero sin formato shield: http://tienda.bricogeek.com/motores/285-controlador-de-motores-doble-puente-h-l298.html
Por otra parte, arduino.org ha lanzado otras shields y nuevas versiones de las ethernet y GSM. Todas las shields de arduino.org en http://www.arduino.org/products/shields
- Arduino Ethernet Shield 2: http://www.arduino.org/products/shields/5-arduino-shields/arduino-ethernet-shield-2 con nuevo chip W5500
- Arduino 4 Relay Shield: http://www.arduino.org/products/shields/5-arduino-shields/arduino-4-relays-shield
- Arduino GSM Shield 2: http://www.arduino.org/products/shields/5-arduino-shields/arduino-gsm-shield-2
- Arduino 9 Axes Motor Shield: http://www.arduino.org/products/shields/5-arduino-shields/arduino-9-axes-motion-shield basado en el sensor de Bosch BNO055
Además existen múltiples shields no oficiales de Arduino que nos permiten ampliar las capacidades de la placa Arduino. Unos ejemplos:
EmonTx Shield: http://openenergymonitor.org/emon/emontxshield/smt
Un shield para medir corriente eléctrica bajo el proyecto open energy monitor: http://openenergymonitor.org/emon/
Posee 4 entradas para conectar 4 toroidales abiertos y una entrada para conectar el sensor de voltaje mediante un transformador AC-AC, también tiene la posibilidad de montar un transmisor RF.
Grove Shield: http://www.seeedstudio.com/depot/Grove-Base-Shield-p-754.html
Un Shield para el sistema grove que facilita la conexión de sensores y actuadores.
Relay Shield: http://www.seeedstudio.com/depot/relay-shield-v20-p-1376.html?cPath=132_134
Este shield proporciona 4 relés para manejar dispositivos que no pueden controlarse directamente con las I/O de Arduino. Dispone de unos indicadores de uso de los relés.
En este caso se usan 4 pines digitales para usar cada uno de los relés.
Más información y ejemplos en: http://www.seeedstudio.com/wiki/Relay_Shield_V2.0
Shield Relay Driver de 8 canales: http://www.freetronics.com.au/collections/shields/products/relay8-8-channel-relay-driver-shield#.VQxwlo5k6t8
Este shield permite manejar hasta 8 relés (que no están en el shield) usando solo dos pines de I/O del Arduino. Se comunica con Arduino usando el bus I2C, de forma que aplilando varias de estas shields podemos manejar 16, 24 y más relés.
Guía de uso: http://www.freetronics.com.au/pages/relay8-8-channel-relay-driver-shield-quickstart-guide#.VQyBVI5k6t8
GPS Shield: http://www.adafruit.com/products/1272
Con un slot para micro SD donde guardar logs. No es compatible con Arduino Mega ni Due, RTC incluido.
Conexión por puerto serie o conexión directa.
Más información en: https://learn.adafruit.com/adafruit-ultimate-gps-logger-shield
Xbee Shield: https://www.sparkfun.com/products/12847 y http://www.seeedstudio.com/depot/xbee-shield-v20-p-1375.html
Para comunicación inalámbrica mediante Xbee. Conexión a UART de la MCU o a cualquier otro puerto por software serial.
Más información: http://www.seeedstudio.com/wiki/XBee_Shield_V2.0
TFT Shield: http://www.electan.com/arduino-shield-tft-tactil-color-240×320-p-3187.html
Pantalla táctil resistiva con un slot para micro SD integrado. Comunicación a Arduino a través de bus SPI.
Bluetooth Shield: http://www.seeedstudio.com/depot/Bluetooth-Shield-p-866.html
Comunicación inalámbrica por bluetooth. Conecta con la UART del Arduino o software serial con selector de puerto serie..
Terminal Shield: http://www.freetronics.com.au/collections/shields/products/terminal-shield-for-arduino#.VQxwn45k6t8
Shield con borneros y placa de prototipado que nos permite conectar fácilmente cualquier sensor o actuador a un Arduino.
Además de los Shield, también tenemos disponibles módulos independientes para conectar directamente a Arduino:
- Modulo de relé: http://www.seeedstudio.com/depot/Electronic-brick-5V-Relay-module-digital-p-479.html
- Módulo GPS: https://www.sparkfun.com/products/12751
- Módulo bluetooth: http://tienda.bricogeek.com/modulos-bluetooth/629-bluefruit-ez-link-v10.html
- Módulo RF : http://shop.ninjablocks.com/blogs/how-to/7501042-adding-rf-433mhz-to-your-arduino
- Módulo RTC: http://www.adafruit.com/products/264
Otras Shields Interesantes:
- Energy Shield para poner una batería a Arduino: http://www.ns-electric.com/products/energyshield/
- 1SHEELD usa tu movil como shield de Arduino: http://1sheeld.com/index2/ y https://www.youtube.com/watch?v=o_a6tibEI5E
Existen muchísimos shields que seguro que alguno es capaz de cubrir las necesidades de nuestro proyecto. En cada web de los fabricantes tenemos variedad donde elegir.
- Sparkfun shields: https://www.sparkfun.com/categories/240
- Seeedstudio shields: http://www.seeedstudio.com/depot/s/shield.html?search_in_description=0
- Freetronics: http://www.freetronics.com.au/collections/shields
- Electan shields: http://www.electan.com/arduino-shields-arduino-c-337_343.html
Un listado completo donde encontrar cualquier tipo de shield: http://shieldlist.org/
Para aprender más sobre los shields: https://learn.sparkfun.com/tutorials/arduino-shields
Y por supuesto tenemos kits de robótica:
También hay Shields para Raspberry Pi:
- Grove Pi: http://www.dexterindustries.com/GrovePi/
- Sensores: http://www.dexterindustries.com/GrovePi/supported-sensors/
- Un proyecto: http://www.instructables.com/id/Home-Environment-Monitor/
- Librería para usar grove Pi: https://github.com/DexterInd/GrovePi
Grove Pi tiene un “Arduino”: http://www.dexterindustries.com/GrovePi/engineering/port-description/
Aprendiendo Arduino 
Todos los shields funcionan en cualquier arduino? Especificamente me refiero al arduino 101 y arduino nano. ¿ Se pueden conectar con Arduino GSM SHIELD 2 ?
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No, no todos los shields funcionan en cualquier Arduino, hay que leer las especificaciones de cada shield y comprobar su compatibilidad.
El GSM shield 2 necesita que el Arduino al que se conecte tenga en su pin 2 la capacidad de soportar interrupciones de cambio, tal y como indica en https://www.arduino.cc/en/Guide/GSMShieldLeonardoMega y en la librería software serial que usa https://www.arduino.cc/en/Reference/SoftwareSerial
Con el Arduino nano no tendrás problema ya que tiene un ATmega328P como el Arduino UNO, aunque como no tiene el formato para poner shields, tendrás que conectar los pines 2,3 y 7 del shield con el del Arduino nano mediante cables.
Sobre el Arduino 101 tal y como puedes ver en https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoard101 soporta interrupciones de cambio en los pines 2, 5, 7, 8, 10, 11, 12, 13, así que también te funcionará.
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