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Qué es Arduino

Arduino es un dispositivo programable como es un ordenador, un móvil, un tablet o un PLC, es decir, se puede cambiar el comportamiento o la funcionalidad del dispositivo mediante unas órdenes en un lenguaje concreto que es capaz de ser interpretado por el dispositivo y seguir esas órdenes con el fin de realizar una tarea automática o resolver un problema.

En el caso de los ordenadores, móviles o tablets, la entrada de los datos y la interacción con las personas es a través del teclado, ratón, pantalla táctil o incluso la posición GPS o la inclinación del móvil y la salida de los resultados o visualización por las personas es a través de la pantalla. Sin embargo un PLC/Autómata o un Arduino, la interacción con el humano o con el entorno no está tan limitada como en el caso de un Ordenador o un tablet, los interfaces de comunicación (entrada/salida) son ilimitados y consisten en ciertos componentes hardware (transductores) que convierten los cambios de energía producidos por las alteraciones en el medio físico, en señales eléctricas entendibles por las máquinas. Por lo tanto las entradas a estos dispositivos son los sensores y las salidas son los actuadores que convierten las señales eléctricas en magnitudes físicas.

Arduino es un dispositivo programable que nos permite interactuar con el entorno, pudiendo leer la temperatura de una sala, el deslizamiento de una rueda o el ángulo de inclinación de una plataforma y escribir/actuar sobre el encendido de una caldera, los frenos del coche o un motor para nivelar una plataforma.

La computación física se refiere al diseño de objetos y espacios que reaccionan a cambios en el entorno y actúan en este. Se basa en la construcción de dispositivos que incluyen microcontroladores, sensores y actuadores y que pueden tener capacidades de comunicación con la red u otros dispositivos.

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

Hardware Libre: http://es.wikipedia.org/wiki/Hardware_libre

Arduino es una plataforma abierta que facilita la programación de un microcontrolador. Los microcontroladores nos rodean en nuestra vida diaria, usan los sensores para escuchar el mundo físico y los actuadores para interactuar con el mundo físico. Los microcontroladores leen sobre los sensores y escriben sobre los actuadores.

En palabras de David Cuartielles: “Actualmente todo lo que nos rodea en la vida es digital (entendido como hacer operaciones matemáticas complejas y comunicar con otros dispositivos), cualquier cosa lleva un microchip, desde el microondas a un coche. Arduino lleva uno de esos microchips y te permite aprender a manejar como funciona el mundo en el que vivimos hoy en día y cómo interactúa el hombre con el mundo digital. Arduino es la puerta hacia tomar control de cómo funcionan las cosas actualmente y en el futuro. Así que encender el ordenador y empezar a programar.

Arduino no solo proporciona las placas (Hardware), sino que nos proporciona un software consistente en un entorno de desarrollo (IDE), un lenguaje de programación simplificado para el HW y el bootloader ejecutado en la placa. La principal característica del software (IDE) y del lenguaje de programación es su sencillez y facilidad de uso.

Arduino promete ser una forma sencilla de realizar proyectos interactivos para cualquier persona. Para alguien que quiere hacer un proyecto, el proceso pasa por descargarnos e instalar el IDE buscar un poco por internet y simplemente hacer “corta y pega” del código que nos interese y cargarlo en nuestro HW. Luego hacer los cableados correspondientes con los periféricos y ya tenemos interaccionando el software con el Hardware. Todo ello con una inversión económica mínima: el coste del Arduino y los periféricos.

Arduino es una tecnología que tiene una rápida curva de aprendizaje con básicos conocimientos de programación y electrónica, que permite desarrollar proyectos en el ámbito de las Smart Cities, el Internet de las cosas, dispositivos wearables, salud, ocio, educación, robótica, etc…

Definición de Arduino en la web oficial: https://www.arduino.cc/en/Guide/Introduction

Otras definiciones de Arduino:

Que es arduino en un minuto (video): http://learn.onemonth.com/what-is-arduino

Hay otro factor importante en el éxito de Arduino, es la comunidad que apoya todo este desarrollo, comparte conocimiento, elabora librerías para facilitar el uso de Arduino y publica sus proyectos para que puedan ser replicados, mejorados o ser base para otro proyecto relacionado.

En resumen:

Arduino = HW + SW + Comunidad

¿Para qué sirve Arduino?

Arduino se puede utilizar para desarrollar elementos autónomos, conectándose a dispositivos e interactuar tanto con el hardware como con el software. Nos sirve tanto para controlar un elemento, pongamos por ejemplo un motor que nos suba o baje una persiana basada en la luz existente es una habitación, gracias a un sensor de luz conectado al Arduino, o bien para leer la información de una fuente, como puede ser un teclado, y convertir la información en una acción como puede ser encender una luz o mostrar por un display lo tecleado.

Con Arduino  es posible automatizar cualquier cosa para hacer agentes autónomos (si queréis llamarles Robots también). Controlar luces y dispositivos, o cualquier otra cosa que se pueda imaginar, es posible optar por una solución basada en Arduino. Especialmente en desarrollos de dispositivos conectados a Internet, Arduino es una solución muy buena.

Aplicaciones de Arduino

¿Qué puede hacer Arduino? https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2016/06/26/que-puede-hacer-arduino/

¿Entornos de aplicación de Arduino? https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2016/06/26/entornos-de-aplicacion-arduino/

Una de las aplicaciones más conocidas de Arduino es la educación https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2018/05/06/arduino-en-la-educacion/ y en el aprendizaje de las nuevas tecnologías. La Aertic http://aertic.es/en/home/ promueve las vocaciones tecnológicas en edades tempranas con el “ArduKit”: https://cepymenews.es/aertic-lanza-iniciativa-ardukit-proyecto-promueve-vocaciones-tecnologicas-edades-tempranas/

Arduino tiene múltiples aplicaciones, pero podemos ver dos ejemplos opuestos para darnos cuenta del amplio rango de aplicaciones que podemos cubrir con Arduino. Además en ambos casos, la programación es diferente, en el primero se usa programación por bloques basado en mBlock/Scratch www.mblock.cc y en el segundo programado en C++ o incluso con herramientas industriales: https://www.industrialshields.com/software-to-program-industrial-shields-products

Robot Minisumo:

Vídeo: https://youtu.be/xh1eUzSPBac

Smart Monitoring, ejemplo de http://www.geezar.es/monitorizacion-e-innovacion/

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Aplicaciones de Arduino

Existen multitud de entornos de aplicación de Arduino: automatización industrial, domótica, herramienta de prototipado, plataforma de entrenamiento para aprendizaje de electrónica, tecnología para artistas, eficiencia energética, monitorización, adquisición de datos, DIY, aprendizaje de habilidades tecnológicas y programación, etc…

En la educación tanto en institutos en secundaria y bachillerato como en formación profesional y la universidad, Arduino ha entrado con mucha fuerza para entrenar habilidades y como herramienta pedagógica.

Que se puede hacer con Arduino: https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2016/06/26/que-puede-hacer-arduino/

Algunos ejemplo de aplicaciones de Arduino:

Arduino en la Industria

Arduino cada vez se está implantando más y más en la industria y no solo como una herramienta de prototipado, sino que los sistemas de control (autómatas) se están abriendo cada vez más. Algunos ejemplos de uso de Arduino:

Prototipo de zapatillas John Luck ciclismo con medida de potencia  con Arduino:

HW Usado:

Empresas que usan Arduino para I+D:

Arsys:

  • Monitorización en Tiempo real
  • Avisos precoces
  • Control remoto de instalaciones
  • Eficiencia energética
  • Automatización de procesos
  • Automatización de informes/Cuadros de mando
  • Mantenimientos Predictivos
  • PRL

Arduino nos permite recoger y almacenar millones de datos de todo tipo: temperatura, humedad, consumos eléctricos, presión, velocidad de ventiladores, condiciones de maquinaria, alarmas externas, etc… y es posible analizarlos de una forma visual, correlar eventos, buscar patrones o relaciones, etc… puesto que todas estas variable interactúan unas con otras.

Google usa los datos ambientales, de consumo eléctrico, etc… para conseguir unos data center más eficiente mediante el uso de redes neuronales. Se calcula el PUE (Power usage effectiveness) cada 30 segundos, se hace seguimiento constante de una serie de variables y han construido unos modelos capaces de predecir y mejorar la eficiencia del data center.

Más información:

Además el uso extensivo de data mining en los data centers va a cambiar la estructura de los data centers con el uso de FPGAs, GPUs y superordenadores más optimizados para tareas de dataminig que un servidor actual: http://datacenterfrontier.com/machine-learning-changing-the-data-center/

Proyectos con Arduino

¿Qué puedo hacer con Arduino? La respuesta es que puedes hacer/construir casi de todo. Arduino es una plataforma para programar un microcontrolador y por lo tanto puede hacer todo lo que puede hacer una MCU, todo depende de nuestra imaginación.

Un arduino es un sistema autónomo programado que realiza una o varias tareas específicas. Un arduino puede hacer las tareas de un autómata e intercambiar datos con un SCADA  (Supervisión,Control y Adquisición de Datos).

Proyectos sorprendentes con Arduino:

¿En qué entornos se puede usar Arduino? La respuesta es en muchos y cada vez en más entornos encuentran de gran utilidad Arduino.

Existen multitud de entornos de aplicación de Arduino: automatización industrial, domótica, herramienta de prototipado, plataforma de entrenamiento para aprendizaje de electrónica, tecnología para artistas, eficiencia energética, monitorización, adquisición de datos, DIY, aprendizaje de habilidades tecnológicas y programación, etc…

Educación: En la educación tanto en institutos en secundaria y bachillerato como en formación profesional y la universidad, Arduino ha entrado con mucha fuerza para entrenar habilidades y como herramienta pedagógica.

DIY: Arduino se ha popularizado por el creciente movimiento del DIY (https://es.wikipedia.org/wiki/H%C3%A1galo_usted_mismo, https://en.wikipedia.org/wiki/Do_it_yourself), como un elemento barato para hacer pequeños proyectos de “bricolaje”, pero arduino va más allá.

Herramienta de prototipado: Podemos usar Arduino como una herramienta de prototipado, para hacer un despliegue rápido de una idea o medir de una manera objetiva resultados.

Actualizar sistemas Antiguos: Con Arduino también podemos hacer “smart” las cosas, es decir, que se conecten a internet. Podemos actualizar un sistema antiguo a nuevas tecnologías.

Por ejemplo: https://www.autodeskresearch.com/publications/retrofab, después de escanear en 3D un elemento, se puede crear un modelo impreso en 3D y hacer sugerencias de rediseño creando una carcasa que ajuste al elemento original y que tenga una sere de actuadores, motores, leds, etc… que conectados a Arduino nos actualicen un elemento antiguo. Como por ejemplo controlar con el móvil una vieja tostadora o interconectar el despertador con la luz de la habitación.

Robótica: Es otros de los entornos donde Arduino es muy usado, http://www.dx.com/p/arduino-compatible-bluetooth-controlled-robot-car-kits-146418#.Vvlc3uKLTcs

Productos comerciales: existen muchos productos y proyectos basados en Arduino, lo que nos da una idea de la amplitud de los entornos donde podemos usar arduino. En las web de crowdfunding podemos encontrar muchos productos basados en Arduino:

Arte: Un ejemplo de uso de Arduino en el mundo del arte se pudo ver en el museo Wurth en el mes de febrero de 2016 en la exposición light kinetics. Este video es una muestra del montaje: https://vimeo.com/149774067, vemos que para las obras de arte usa un arduino mega http://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560 y un sensor de 9 grados de libertad con acelerometro, giroscopio y magnetometro https://www.sparkfun.com/products/10724 que manda os datos a un ordenador y este mediante software controla los módulos DMX para encender las luces.

IoT: Una de las principales aplicaciones de Arduino está en el Internet de las cosas (IoT) o Internet de todo o dispositivos conectados o M2M. Internet de las cosas (IoT, por su siglas en inglés) es un concepto que se refiere a la interconexión digital de objetos cotidianos con Internet.

Aplicaciones médicas Arduino: https://www.cooking-hacks.com/ehealth-sensors-complete-kit-biometric-medical-arduino-raspberry-pi/

Juguetes: https://www.bq.com/es/zowi

Haz tu propio juguete: http://www.instructables.com/id/Otto-Build-You-Own-Robot-in-Two-Hours/

Arduino en la Industria

Arduino cada vez se está implantando más y más en la industria y no solo como una herramienta de prototipado, sino que los sistemas de control (autómatas) se están abriendo cada vez más.

Prototipo de zapatillas John Luck con Arduino:

HW Usado:

Entornos de Aplicación Arduino

Arduino se ha popularizado por el creciente movimiento del DIY (https://es.wikipedia.org/wiki/H%C3%A1galo_usted_mismo, https://en.wikipedia.org/wiki/Do_it_yourself), como un elemento barato para hacer pequeños proyectos de “bricolaje”, pero arduino va más allá.

Existen multitud de entornos de aplicación de Arduino: automatización industrial, domótica, herramienta de prototipado, plataforma de entrenamiento para aprendizaje de electrónica, tecnología para artistas, eficiencia energética, monitorización, adquisición de datos, DIY, aprendizaje de habilidades tecnológicas y programación, etc…

En la educación tanto en institutos en secundaria y bachillerato como en formación profesional y la universidad, Arduino ha entrado con mucha fuerza para entrenar habilidades y como herramienta pedagógica.

Robótica

Robótica es otros de los entornos donde Arduino es muy usado, incluso ya hay un arduino robot: http://arduino.cc/en/Main/Robot o kits de robótica:

Productos comerciales

También existen muchos productos y proyectos basados en Arduino, lo que nos da una idea de la amplitud de los entornos donde podemos usar arduino. En las web de crowdfunding podemos encontrar muchos productos basados en Arduino:

El programa Arduino at heart tiene productos comerciales con el sello Arduino: https://www.arduino.cc/en/ArduinoAtHeart/Products

Arte

Un ejemplo de uso de Arduino en el mundo del arte se pudo ver en el museo wurth (http://www.museowurth.es/) en el mes de febrero de 2016 en la exposición light kinetics: http://www.museowurth.es/light_kinetics.html.

Este video es una muestra del montaje: https://vimeo.com/149774067, vemos que para las obras de arte usa un arduino mega http://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560 y un sensor de 9 grados de libertad con acelerometro, gisroscopio y magnetometro https://www.sparkfun.com/products/10724 que manda os datos a un ordenador y este mediante software controla los módulos DMX para encender las luces.

IoT

Una de las principales aplicaciones de Arduino está en el Internet de las cosas (IoT) o Internet de todo o dispositivos conectados o M2M. Internet de las cosas (IoT, por su siglas en inglés) es un concepto que se refiere a la interconexión digital de objetos cotidianos con Internet.

Otro aspecto que está muy de moda en este momento es el IoT en la industria, que también se le denomina “Industria Conectada” o Industria 4.0.

Arduino IoT: https://create.arduino.cc/iot/

Placa Arduino especialmente diseñado para el IoT: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoMKR1000

Nota de prensa de Atmel:

The Internet of Things (IoT) will create a market worth $1.9 trillion by 2020, according to Gartner.

Atmel provides all the key building blocks for IoT applications—from embedded processing and connectivity to sensors, security, and software. These include: Atmel® AVR® and ARM®-based microcontrollers (MCUs), CryptoAuthentication™ devices, A complete sensing platform, Standards-based wireless technologies, including wireless modules and System on a Chip (SoC) devices.”

Impresoras 3D

Otros productos por los que conocemos Arduino son las impresoras 3D y los drones. El código o sketch que funcionan dentro de un Arduino usado en un drone o en una impresora 3D están disponibles y podemos modificarlos. En este curso no vamos a aprender a montar un drone una impresora 3D, pero entenderemos que hace el Arduino usado en estos dispositivos y cómo usa los periféricos usados (motores, display, botones, etc…).

Este enlace explica los materiales necesarios para montar una impresora 3D con Arduino y algunos conceptos relacionados: http://saber.patagoniatecnology.com/kit-electronica-impresora-3d-arduino-argentina-ptec/

Firmware para impresoras 3D del proyecto reprap:

Interesante tutorial paso a paso para montar una impresora 3D: https://www.cooking-hacks.com/documentation/tutorials/3d-printer-step-by-step-tutorial-guide-prusa-it3 que usa el firmware Marlin.

Drones

Firmware usado con Drones con MCUs iguales a las de Arduino:

Rover con Arduino:

Arduino como elemento de prototipado en la industria

Ejemplo de las zapatillas John Luck:

El arduino que va montado y se ve en la foto, que vale 9.95$: https://www.sparkfun.com/products/11113

El modulo bluetooth, que vale 34.95$: https://www.sparkfun.com/products/12580

El sensor: https://www.sparkfun.com/products/10293, que vale 1.5$, posiblemente no sea este puesto que sería necesario un sensor con mucha más sensibilidad.

El resto  de elementos posiblemente sean para adaptar la señal del sensor piezo eléctrico y cargador de batería.

Conclusiones

Como puede verse el ámbito de aplicación de Arduino es enorme, pero no es siempre la mejor solución para todo, en algunos casos podemos usar otras soluciones o estar matando moscas a cañonazos.

¿En qué ámbito tiene sentido usar un Arduino y en cuáles no?. Por ejemplo, supongamos que nos piden hacer un sistema de temporización de iluminación, para iluminar ciertas habitaciones o zonas de forma alterna. Para ello habrá que manipular el cuadro eléctrico para poner unos interruptores en los circuitos de iluminación. En este caso sería mejor poner relés temporizadores y hacer la configuracion de ellos.

Ahora bien, si lo que queremos es que podamos cambiar esa temporización remotamente desde cualquier parte del mundo sin tener que ir al cuadro o apagar y encender las luces manualmente desde una web, entonces la solución puede ser un arduino más unos relés y unos drivers de relés para poder manejarlo desde el Arduino.

 

¿Que aplicación profesional o personal piensas que podrías usar Arduino?

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

Ejemplo: Hacer un coche RC https://www.youtube.com/watch?v=ejZg2qm53Qc