Shields Arduino

Las shields son placas de circuitos modulares que se montan unas encima de otras para dar funcionalidad extra a un Arduino. Esta 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.

En muchos casos nos encontraremos que los shields vienen sin soldar las patillas o en algunos casos sin algunos componentes soldados.

Cada Shield de Arduino debe tener el mismo factor de forma que el estándar 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. Generalmente las shields vienen con 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

Web: 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.

Arduino Wifi Shield

Web: 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, lo que es un punto importante durante la programación si usamos ambos periféricos. Esta tarjeta también dispone de unos interfaces 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

Web: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoWiFiShield101

Este nuevo shield es una mejora de la anterior wifi shield desarrollada 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

Webs:

• http://arduino.cc/en/Main/ArduinoGSMShield
• https://www.sparkfun.com/products/13120 (alternativa)

Conecta Arduino a Internet mediante GPRS, usando una tarjeta SIM. También permite enviar y recibir mensajes y llamadas de voz (SMSs)

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.

En el caso de la segunda Shield, usa el módulo SM5100B y es similar a la anterior shield y usa comandos AT a través del puerto serie para manejar la comunicación.

Arduino Motor Shield

Web: 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

Como veremos en este curso manejaremos un motor DC con otro integrado de puente H el L293 (http://www.ti.com/lit/ds/symlink/l293.pdf), 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

Nuevas Shields Oficiales

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

Arduino.cc ha lanzada una nueva shield llamada Yun Shield que permite extender las fucnionalidades del Arduino Yun a cualquier Arduino:

• Producto: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoYunShield
• Artículo: https://blog.arduino.cc/2016/05/10/bring-iot-features-to-arduino-boards-with-the-yun-shield/
• Getting started: https://www.arduino.cc/en/Guide/ArduinoYunShield
• Comprar: https://store.arduino.cc/index.php?main_page=product_info&products_code=GSX00102

Un listado de las shields oficiales de arduino.cc y arduino.org se puede ver en los listados del punto anterior.

Shields no oficiales

Además existen múltiples shields no oficiales de Arduino (no fabricadas por Arduino) que nos permiten ampliar las capacidades de la placa Arduino. Unos ejemplos:

EmonTx Shield

Web: 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

Web: 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

Web: 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

¿Y si necesitamos más de 4 relés?

Shield Relay Driver de 8 canales

Web: 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

Web: 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

Webs:

• https://www.sparkfun.com/products/12847
• 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

Web:  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

Web: 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

Web: 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.

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 se adaptan a 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

Además de los Shield, también tenemos disponibles módulos independientes (breakout boards) 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

Y por supuesto tenemos kits de robótica:

• http://www.makeblock.cc/
• http://www.bq.com/es/printbot-evolution

Ejercicio: ¿Que Shield necesitas para el proyecto planteado?

Ejemplo: Obtener datos de mi coche a través del conector ODB:

• Para un Arduino un CAN-BUS Shield: https://www.sparkfun.com/products/10039
• Para hacer telemetría un Shield 3G + GPRS/3G: http://www.cooking-hacks.com/documentation/tutorials/arduino-3g-gprs-gsm-gps

Ejemplo: Coche

• Grove Shield: http://www.seeedstudio.com/wiki/Grove_-_Base_shield_v2
• L298N: http://www.dx.com/p/l298n-dual-h-bridge-stepper-motor-driver-module-w-heat-dissipation-for-arduino-red-white-408436#.V3GHQ_mLTcs
• Arduino Motor Shield: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoMotorShieldR3

También hay Shields para Raspberry Pi:

• Grove Pi: http://www.dexterindustries.com/GrovePi/
• Sensores: http://www.dexterindustries.com/GrovePi/supported-sensors/
• Un proyecto de uso: 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/

Y una librería en C++ para manejar las GPIO de Raspberry Pi para los que están familiarizados con Arduino: http://wiringpi.com/

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