PRÀCTICA AMB ARDUINO : MUNTATGES AMB TRES LEDS

   Anem a fer una segona pràctica amb Arduino, ara que ja coneixem un poc la placa i el programa que hem d'utilitzar.

   El material necessari per a realitzar la pràctica és el següent: 

     - 3 LEDs de colors
     - 3 Resistències de 220 ohms
     - Placa protoboard
     - Placa Arduino UNO / Arduino 101
     - Cables de connexió
     - Cable USB 

  MUNTATGES A REALITZAR: 

A) ENCESA I APAGAT DELS TRES LEDS PASSAT UN TEMPS

  - Munta els tres leds en una placa protoboard i connecta tres resistències de protecció de 220 ohms entre els càtodes (-) dels leds i la fila horitzontal (bus negatiu) de la protoboard.
 - Connecta amb un cable el bus negatiu de la protoboard al pin GND (terra) de l'Arduino. 
- Connecta un cable de cada color als ànodes (+) dels leds i a tres eixides diferents de l'Arduino. Per exemple les eixides 3, 7 i 10. 
- Escriu el programa perquè els tres leds s'encenguen al mateix temps durant 3s i després s'apaguen els tres durant 2 s. 
- Connecta l'Arduino a l'ordinador per mitjà del cable USB. 
- Verifica i càrrega el programa en la placa Arduino. 

B) ENCESA ALTERNATIU DELS TRES LEDS 

- El muntatge és el mateix que en l'apartat A) , però el que canvia és el programa. En este cas els tres leds es van encenent alternativament durant 3 s. 

C) SEMÀFOR AMB ARDUINO AMB LEDS DE COLORS

- El muntatge és el mateix que en l'apartat A) , però canvia el programa. Un semàfor té tres colors (verd, groc i roig) que s'encenen successivament amb temps diferents. S'ha d'aconseguir la combinació correcta de colors i temps que es donen realment als semàfors.

 El muntatge físic amb la placa d'Arduino , la placa protoboard i els components electònics seria: 

   Hi ha un simulador per a dibuixar els circuits electrònics d'Arduino , que s'anomena Fritzing. És molt útil , perquè així podem connectar els components i comprovar si les connexions estan bé. 

  Pose un enllaç d'una pàgina web on explica un poc més del simulador Fritzing i des d'on pots accedir a ell: https://aprendiendoarduino.wordpress.com/category/simulacion-2/

  A la part de programació, els programes dels tres apartats d'esta pràctica quedarien :

A) ENCESA I APAGAT DELS TRES LEDES PASSAT UN TEMPS

B) ENCESA ALTERNATIU DELS TRES LEDS 

C) SEMÀFOR AMB ARDUINO AMB LEDS DE COLORS

 Fotos del muntage del semàfor, així queda: 

 

PRÀCTICA 1 AMB ARDUINO : BLINK

   La placa es connecta a l'ordinador per mitjà d'un cable USB, com qualsevol altre perifèric (la impressora, el teclat o, fins i tot, el comandament d'un videojoc). La placa necessita estar connectada a l'ordinador a través del cable USB per carregar un programa. El cable USB també serveix per subministrar energia a la placa, tot i que també pots alimentar-la per mitjà d'una font d'energia externa, com una bateria o un transformador adequat.

  Quan comences a programar la placa, assegura't que l'IDE està configurat correctament per a la placa que estàs fent servir. Comprova-ho al menú 'Eines → Port', i assegura't que el port estiga ben configurat, i a 'Eines → Targeta', assegura't que s'haja seleccionat la targeta que estàs fent servir.

➤ Per saber a quin port està connectada la placa, segueix aquests passos:

1. Desconnecta la placa de l'ordinador.
2. Comprova 'Eines → Port' per veure si està disponible.
3. Connecta la placa a l'ordinador.
4. Torna a entrar a 'Eines → Port' i hi veuràs un port nou, és el que està connectat a la teua placa.
5. Selecciona aquest port.

  Una vegada tenim seleccionats la targeta i el port adequat , anem a carregar el primer programa a la nostra targeta d'Arduino. A la barra de dalt està Arxiu i dins hi ha un apartat que posa exemples , després Basics i piquem sobre el que posa BLINK . Aquest programa el que farà serà , que el LED 13 s'encenga i s'apague ( parpellege).

  Tots els programes d'Arduino tenen dos funcions principals : void setup( ) i void loop( ). La primera , void setup ( ) , s'executarà una sola vegada al principi i la segona , void loop ( ), s'executarà infinites vegades perquè és un bucle.

 A void setup ( ) , definim que el LED 13 és una eixida , per això posem OUTPUT.

 A void loop ( ) , programem el que volem que faça el LED , primer volem que s'encenga durant 1 segon ( el delay es posa en mil.lisegons , per això està escrit 1000 , 1000ms=1s) i després que s'apague durant altre segon ( tornem a posar al delay 1000 ).

 HIGH vol dir que el LED està encés i LOW vol dir que el LED està apagat .

 Carreguem el programa , punxant sobre la fletxa que hi ha a la barra de dalt .

   El botó de tick és per a comprovar que el programa està bé , és correcte. I el botó de la fletxa és per a carregar el programa a la placa. 

   Una vegada carregat el programa , comprovem que el LED 13 de la placa s'encenga 1 segon i s'apague altre segon. Ja tenim part de la primera pràctica feta .

   Anem a fer dos variants del BLINK , per a practicar : 

 - Anem a canviar el temps , ara volem que s'encenga durant 2 segons i s'apague durant 4 segons . Llavors canviarem els valors dels dos delays.

- Anem a connectar un LED extern a la posició 13, per a que no siga el de la placa. I comprovem que s'encenga i s'apague.

QUÈ SÓN LES PLAQUES CONTROLADORES, ARDUINO ?

   Aquestes plaques són petits ordinadors amb els quals pots llegir informació de diferents sensors, així com controlar llums, motors i moltes més coses. La gran majoria dels sistemes que ens envolten són ordinadors de mides diferents. Els ordinadors no necessiten tindre teclat ni pantalla. Hi ha ordinadors al microones de la cuina; dins dels ascensors, per detectar quin botó has polsat; als cotxes...  Hi ha ordinadors per tot arreu.


  Arduino és una familia de plaques controladores i software que compartixen nom , però que ens trobem molts tipus de plaques controladores .Al taller de tecnologia utilitzaràs dos tipus de plaques que són Arduino Uno i Arduino 101.


  La placa té diversos pins que estan numerats i agrupats segons la funcionalitat. Hi ha 14 pins digitals (numerats del 0 al 13) i 6 pins analògics (numerats de l'A0 a l'A5). Més endavant aprendràs què vol dir, això, i com ho has de fer servir.

  Aquesta placa està composta per diferents parts i elements: 

  1- Connector USB: Quan et descarregues un programa a la placa, ho fas a través del cable USB. Aquest cable es connecta a l'ordinador i al connector USB de la placa. A través d'aquest cable també es proporciona l'alimentació que la placa necessita per funcionar.

 2- Botó de reset: Quan es pitja aquest botó, el programa descarregat a la placa comença de nou. Nota: Utilitza aquest botó si vols reinicialitzar la placa manualment.

 3- LED integrat: És el LED de la placa i està connectat al pin digital 13. Pots encendre i apagar aquest LED programant funcionalitats al pin 13.

 4- Pins digitals: En aquests pins, pots connectar-hi entrades i eixides digitals. Hi ha 14 pins digitals, numerats del 0 al 13.

 5- LED d'encesa: Aquest LED s'encén quan la placa rep alimentació.

 6- Connector d'alimentació: Per subministrar alimentació a aquesta placa també pots connectar una bateria externa. El voltatge recomanat és de 7 a 12V.

 7- Leds TX i RX: El LED TX fa pampallugues quan la placa rep informació a través del port sèrie.

 8- Pins d'alimentació: Els pins d'alimentació estan marcats com a IOREF, 3,3 V i 5 V. El pin IOREF està connectat al voltatge de referència de la placa (3,3 V). Aquest pin s'utilitza com a pin d'alimentació en els exemples. Els pins de terra estan marcats com a GND.

 9- Pins analògics: En aquests pins, hi pots connectar sensors analògics. Hi ha sis entrades analògiques, numerades d'A0 a A5.

  

  La placa, a diferència de l'ordinador que fas servir normalment, no té pantalla ni teclat. Es necessita un programa extern, executat en un altre ordinador, per poder escriure programes per a la placa. Aquest programa és el que anomenem IDE. IDE vol dir "Integrated Development Environment" (Entorn de Desenvolupament Integrat). Això funciona així: escrius el programa a l'IDE, el carregues a la placa i el programa s'executa a la placa.

  Per tant , t'has de descarregar el software al teu ordinador ( és gratuït ) i comences a programar al teu ordinador i puges els programes a la placa d'Arduino. Més endavant vorem algunes pràctiques, que podem fer a classe.

  Per a realitzar les pràctiques necessitarem de alguns components que facen d'eixides i entrades , com : LED, resistències , motors , polsadors, sensors , ....Proposem tindre un Kit d'Arduino per a poder realitzar les pràctiques.

COMPTAR EN BINARI

   Els humans tenim un total de 10 símbols per representar els números: del 0 al 9. Si els combinem, podem representar qualsevol número (13, 648, 2015, etc.). Semblantment, qualsevol cosa de l'univers es pot representar per mitjà d'uns i zeros: només cal un sistema per combinar-los.

  Imagina quatre interruptors que puguin estar engegats o apagats. Cada interruptor té  un valor propi, '8', '4', '2' i '1'. Quan tots estan apagats, representen '0' - 0000. Si volem representar el número 1, senzillament engeguem l'interruptor '1' - 0001. Per representar el número 2, engeguem l'interruptor número '2' - 0010. Ara rumia atentament: com pots representar el número tres? Doncs sols cal engegar l'interruptor '1' i el '2' -0011, perquè 2 més 1 fan tres.

  Entens, una mica, el funcionament que hi ha darrere del sistema binari .Ara intentem obtenir el número set: ens caldrà engegar els interruptors '4', '2' i '1' -0111. I per al número 11? Doncs engegarem els interruptors '8', '2' i '1' -1011.

  Quan són nombres més grans , el que fem és anar dividint el número decimal per 2 fins que ja no es pot dividir més.Ara hem d'agafar l'últim quocient i les restes, de baix cap amunt. Hem de obtindre una combinació de zeros i uns , que equivaldran al número decimal.

  Podem vore el següent vídeo:

   Taula amb els 10 primers nombres en binari :

SENYALS DIGITALS

   El nostre alfabet consta de 27 símbols, uns quants més per a les majúscules i 10 símbols per als números. A diferència dels humans, els ordinadors treballen i es comuniquen només amb dos símbols, '1' i '0'. Això és el que s'anomenen senyals digitals. Combinant-los, les màquines digitals poden representar tot el que hi ha a l'univers. La placa controladora de Arduino que utilitzarem representa un '1' amb el voltatge de referència de la placa (5 V o 3,3 V, segons la placa), i un '0' amb volts (0 V).

              ON representa :  1  , 5v o 3,3 v  i HIGH
              OFF representa : 0 , 0 v i LOW

  Quan parlem de senyals digitals, parlem d'entrades i sortides. Una entrada digital significa que la placa rep dades digitals d'un sensor, per exemple, un botó. Quan llegim l'estat d'un botó, la placa de Arduino rebrà o HIGH (un ’1′) o LOW (un ’0′), segons si el botó s'ha polsat o no. Una sortida digital significa que la placa de Arduino  està enviant dades digitals a un actuador com, per exemple, un LED. Per encendre un LED, la placa envia HIGH; i per apagar el LED la placa envia LOW.

 LÒGICA BINARIA 

  Una altra característica que comparteixen tots els ordinadors és que utilitzen lògica binària. Lògica binària vol dir que només hi ha dues possibilitats. Com que un ordinador només fa servir dos símbols, '0' i '1', diem que fa servir lògica binària. En aquest cas, '1' representa TRUE, en canvi, '0' representa FALSE. Això és així perquè la lògica binària també es pot fer servir per fer preguntes com : 
 'S'ha arribat a una temperatura de 20 graus?', i la resposta serà o bé certa, o bé falsa; per tant, o bé es representarà amb '1', o bé es representarà amb '0'.

CONDENSADORS

   Es tracta de components capaços d'acumular càrrega elèctrica que després poden alliberar quan ens interesse; és a dir, poden funcionar com a piles durant un temps limitat. 

   La capacitat del condensador ens indica la quantitat de càrrega que este pot acumular. Es mesura en faradis (F) o, si és xicoteta, en milifaradis (mF) o en nanofaradis (nF).

   Hi ha dos tipus de condensadors:

 · Condensadors ceràmics, com estos: 
  

 · Condensadors electrolítics, que són més grans i que presenten polaritat; és a dir, tenen un pol positiu i un negatiu i cal parar atenció de connectar-los en polarització directa (el pol positiu és la pota llarga) .
  

  Es representen d'esta manera: 

Condensador Electrolític

   El funcionament del condensador l'expliquem a continuació: 

   En primer lloc, tanquem l'interruptor del circuit. Al fer-ho, passarà corrent pel condensador i el condensador es carrega. Una vegada carregat, podem desconnectar l'interruptor.

  Si ara connectem el condensador a altre circuit que tinga una pereta. Al fer-ho, el condensador farà de pila subministrant corrent a la pereta durant un temps, fins que es descàrrega. En funció de la capacitat del condensador, la pereta durarà més o menys temps encesa. 

   Quan el condensador es descarregue del tot, la pereta s'apagarà.

DIODES

  Es tracta de components semiconductors que deixen passar el corrent en un sentit i la bloquegen en l'altre sentit.
 Estos són diodes:

                          

   




  I així es representen. La fletxa és el pol positiu del diode i la barra el pol negatiu.

  Anem a explicar el funcionament del diode:

  - Si el diode està connectat en polarització directa, és a dir ,el pol positiu del diode va unit al positiu de la pila (i el negatiu al negatiu). En eixe cas el diode conduïx i la pereta s'encén. 

  - En canvi si el diode està en polarització inversa, és a dir, el pol positiu del diode va unit al negatiu de la pila (i per tant el negatiu va al positiu) . En eixe cas el diode talla el corrent i la pereta es queda apagada.

 DIODE LED

  Els diodes que estem més acostumats a veure són els LED (light emitter diode) . Els LED emeten llum quan es troben en polarització directa; una de les seues funcions més típiques és avisar de que un aparell electrònic està encés: les llumenetes de colors dels televisors, ordinadors, DVDs, etc., són díodes LED. La pota llarga dels LED és el pol positiu.

  

 El seu símbol és igual al del diode, però se li afigen les fletxes que representen la llum que emeten
   

  - Si el LED està en polarització directa, passa corrent pel circuit i el LED brilla .

  - Quan el LED està en polarització inversa: no passa corrent pel circuit i el LED està apagat .

RESISTÈNCIES VARIABLES

Aquestes resistències no tenen un valor únic , sinó que variarà . Podem classificar aquestes resistències en :

1. Potenciòmetres
2. LDR 
3. Termistors : NTC i PTC

1- POTENCIÒMETRES 

  Es tracta de resistències de valor variable, alguns potenciòmetres tenen una palanca perquè podem modificar el seu valor girant-la. En altres el seu valor es modifica fent girar la peça de dins amb un tornavís.

           

           




 Les images corresponen a un potenciòmetre amb palanca i un altre sense palanca. Sempre tenen tres terminals.
 El símbol del potenciòmetre és el de la resistència, però afegint una fletxa que indica que el seu valor és variable

2-LDR

 LDR són les sigles en anglés de light dependant resistor (resistència que varia amb la llum) .El nom més correcte d'estos components és fotoresistències o fotorresistors, però quasi sempre veuràs que els criden LDR.

   Són resistències també variables com els potenciòmetres, però tenen la propietat que el seu valor varia en funció de la llum que reben. Quan no reben llum, tenen una gran resistència,  en canvi si reben molta llum la seua resistència baixa i deixen passar el corrent eléctric.

  El seu símbol és el de la resistència, però amb unes fletxes que representen la llum que incidix sobre elles:

3- TERMISTORS

  Es tracta novament de resistències de valor variable. En esta ocasió, varien amb la temperatura. Hi ha dos tipus:

•   NTC (negative temperature coefficient) ,el valor de la resistència disminuïx amb la temperatura. 

•   PTC (positive temperature coefficient) , el valor de la resistència  augmenta amb la temperatura.

  Este és l'aspecte que presenten els termistors.

    A simple vista no es pot distingir els NTC dels PTC. 

    Estos són els símbols dels termistors. S'escriu en ells +T o -T,  +T vol dir que es tracta d'un PTC i -T que es tracta d'un NTC.