Para trabajar con Arduino es necesario algunos conocimientos de electrónica y de los componentes electrónicos que usamos junto con Arduino. Veamos un pequeño resumen.
Conceptos Elementales
Corriente Continua
La corriente continua (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) se refiere al flujo continuo de carga eléctrica a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial, que no cambia de sentido con el tiempo. A diferencia de la corriente alterna (CA en español, AC en inglés, de Alternating Current), en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección. Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con una corriente constante, es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad, así disminuya su intensidad conforme se va consumiendo la carga (por ejemplo cuando se descarga una batería eléctrica). También se dice corriente continua cuando los electrones se mueven siempre en el mismo sentido, el flujo se denomina corriente continua y va (por convenio) del polo positivo al negativo.
Ley de Ohm
La ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una ley de la electricidad. Establece que la intensidad de la corriente I que circula por un conductor es proporcional a la diferencia de potencial V que aparece entre los extremos del citado conductor. Ohm completó la ley introduciendo la noción de resistencia eléctrica R; esta es el coeficiente de proporcionalidad que aparece en la relación entre I y V.
Tecnología de montaje superficial
La tecnología de montaje superficial, más conocida por sus siglas SMT del inglés Surface Mount Technology, es el método de construcción de dispositivos electrónicos más utilizado actualmente. Se usa tanto para componentes activos como pasivos, y se basa en el montaje de los mismos (Surface Mount Component, SMC) sobre la superficie del circuito impreso. Tanto los equipos así construidos como los componentes de montaje superficial pueden ser llamados dispositivos de montaje superficial o SMD(Surface Mount Device).
SMT – Tecnología de montaje superficial
SMC – Surface Mount Component
SMD – Dispositivo de montaje superficial
Componentes Electrónicos
Resistencia
Se le denomina resistencia eléctrica a la igualdad de oposición que tienen los electrones al desplazarse a través de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega, en honor al físico alemán Georg Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre.
En este enlace se puede ver la asociación de las resistencias en serie, en paralelo y mixta, así como la potencia disipada por una resistencia: http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica
Calculadora de resistencias: http://www.digikey.com/es/resources/conversion-calculators/conversion-calculator-resistor-color-code-5-band
Condensador
Un condensador eléctrico es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.
En este enlace se puede ver la asociación de los condensadores en serie y en paralelo: http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_el%C3%A9ctrico
Un condensador electrolítico es un tipo de condensador que usa un líquido iónico conductor como una de sus placas, tiene polaridad y sólo son válidos para corriente continua. Típicamente con más capacidad por unidad de volumen que otros tipos de condensadores, son valiosos en circuitos eléctricos con relativa alta corriente y baja frecuencia. Este es especialmente el caso en los filtros de alimentadores de corriente, donde se usan para almacenar la carga, y moderar el voltaje de salida y las fluctuaciones de corriente en la salida rectificada. También son muy usados en los circuitos que deben conducir corriente continua pero no corriente alterna.
Atención: Al manipular un condensador es conveniente tomar una serie de precauciones por seguridad. Cuando se desconecta un condensador de la tensión, el condensador continua cargado con la tensión de alimentación, por lo que si se cortocircuitan las placas al tocarlo puede provocar un accidente peligroso al descargarse el condensador violentamente. También hay que asegurarse de los condensadores con polaridad se pone correctamente antes de alimentarlos.
Pulsador
Un botón o pulsador es un dispositivo utilizado para realizar cierta función. Los botones son de diversas formas y tamaños y se encuentran en todo tipo de dispositivos, aunque principalmente en aparatos eléctricos y electrónicos. Los botones son por lo general activados, al ser pulsados con un dedo. Permiten el flujo de corriente mientras son accionados. Cuando ya no se presiona sobre él vuelve a su posición de reposo.
Puede ser un contacto normalmente abierto en reposo NA o NO (Normally Open en Inglés), o con un contacto normalmente cerrado en reposo NC.
Cuando nos de desenvolvemos en el entorno de los microcontroladores, nos encontramos con un término poco común, me refiero a la polarización de una E/S, debemos saber que hay dos tipos de polarización, polarización alta la resistencia (término inglés Pullup) va conectada a + (5V) o polarización baja la resistencia (término inglés Pulldown) va conectada a masa – (0V). Siguen dos esquemas de estos términos:
Al trabajar con botones nos vamos a encontrar el problema de los rebotes o bouncing. La solución pasa por leer el estado del botón cuando se produce el borde ascendente de la tensión a extremos de los contactos del pulsador e introducir inmediatamente la salida con ese estado, el resto de entradas (se llama ruido) se inhiben o anulan mediante un lapsus de tiempo. Véase la imagen de debajo para entender mejor lo dicho.
Para solucionar el problema de los rebotes podemos hacerlo vía hardware o software:
- Hardware: aquí se pueden utilizar diferentes técnicas, pero la más común es utilizar un condensador conectado en paralelo al pulsador. El condensador tardará cierto tiempo en cargarse y una vez que esté cargado, la señal de salida será igual a la señal de entrada.
- Software: puede utilizarse solamente cuando tratemos la señal con un procesador, es decir, hay algún programa que lea la señal emitida por el pulsador. La técnica más utilizada consiste en ignorar las conmutaciones del valor del sensor si desde la última conmutación válida no ha pasado suficiente tiempo.
Más información en:
Un buen tutorial que explica el funcionamiento de los pulsadores: http://rufianenlared.com/pulsadores-arduino/
LED
Un led (del acrónimo inglés LED, light-emitting diode: ‘diodo emisor de luz) es un componente optoelectrónico pasivo y, más concretamente, un diodo que emite luz.
Los leds se usan como indicadores en muchos dispositivos y en iluminación. Los primeros leds emitían luz roja de baja intensidad, pero los dispositivos actuales emiten luz de alto brillo en el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta.
Debido a su capacidad de operación a altas frecuencias, son también útiles en tecnologías avanzadas de comunicaciones y control. Los ledes infrarrojos también se usan en unidades de control remoto de muchos productos comerciales incluyendo equipos de audio y video.
RECORDAR, primero montar todos los elementos sin alimentación, revisar su instalación y finalmente alimentar. Nunca manipular ni modificar con alimentación, desconectar, modificar y volver a alimentar.
Más información:
También tenemos LEDs infrarrojos emisores y receptores muy usados para hacer seguidores de línea o medidores de velocidad de ruedas
Fotoresistencia
Una fotorresistencia o LDR (por sus siglas en inglés “light-dependent resistor”) es un componente electrónico cuya resistencia varía en función de la luz.
El valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en él (puede descender hasta 50 ohms) y muy alto cuando está a oscuras (varios megaohmios).
Más información http://diwo.bq.com/descubre-el-ldr/
Potenciómetro
Un potenciómetro es una resistencia cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie.
Normalmente, los potenciómetros se utilizan en circuitos de poca corriente. Para circuitos de corrientes mayores, se utilizan los reostatos, que pueden disipar más potencia.
Más información http://diwo.bq.com/descubre-el-potenciometro/
Transistor
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor («resistencia de transferencia»). Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, ordenadores, lámparas fluorescentes, tomógrafos, móviles, entre otros.
Para ampliar información, ver este enlace con un tutorial de electrónica analógica: https://tecnosan4.wikispaces.com/file/view/Tema2.COMPONENTESELECTR%25C3%2593NICOS%2528ALUMNOS%2529.pdf
Simbología Electrónica: http://www.electronicaestudio.com/simbologia.htm
Arduino Starter Kit
Vamos a trabajar con el Arduino Starter Kit, por lo tanto es importante conocer los elementos que lo componen. Veamos una serie de dispositivos incluidos en el Arduino Starter Kit. Dentro del enlace están las características técnicas de cada elemento.
Componentes:
Actualmente hay un Arduino Basic Kit https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBasicKit que da acceso a project ignite https://projectignite.autodesk.com/shop/product/arduino-basic-kit/?pageTitle=Shop
Con este kit hay 15 proyectos muy interesantes propuestos:
- GET TO KNOW YOUR TOOLS an introduction to the basics
- SPACESHIP INTERFACE design the control panel for your starship
- LOVE-O-METER measure how hot-blooded you are
- COLOR MIXING LAMP produce any color with a lamp that uses light as an input
- MOOD CUE clue people in to how you’re doing
- LIGHT THEREMIN create a musical instrument you play by waving your hands
- KEYBOARD INSTRUMENT play music and make some noise with this keyboard
- DIGITAL HOURGLASS a light-up hourglass that can stop you from working too much
- MOTORIZED PINWHEEL a colored wheel that will make your head spin
- ZOETROPE create a mechanical animation you can play forward or reverse
- CRYSTAL BALL a mystical tour to answer all your tough questions
- KNOCK LOCK tap out the secret code to open the door
- TOUCHY-FEEL LAMP a lamp that responds to your touch
- TWEAK THE ARDUINO LOGO control your personal computer from your Arduino
- HACKING BUTTONS create a master control for all your devices!
En esta lista de youtube hay varios video tutoriales de los proyecto propuestos por el Arduino Starter Kit: https://www.youtube.com/playlist?list=PLT6rF_I5kknPf2qlVFlvH47qHvqvzkknd
Más recursos de electrónica
Herramientas de calculo para resistencias, condensadores, leds, etc…: http://www.pighixxx.com/test/tools/
Buena web para iniciarse en electrónica: http://startingelectronics.org/
Un libro para comenzar con la eléctrónica: http://mysite.du.edu/~ccolem22/Getting_started_in_electronics.pdf
Como leer datasheets: http://rufianenlared.com/como-leer-datasheet/
Comparador y amplificador operacional: http://rufianenlared.com/amplificador-operacional-comparador/
Sensor magnético: http://rufianenlared.com/sensor-magnetico/
Aprendiendo Arduino 