Uso de los módulos arduino para conexión a sensores y actuadores

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Uso de los módulos arduino para conexión a sensores y actuadores.
¿Qué es Arduino?
Arduino es una plataforma electrónica de código abierto basada en hardware y software de fácil manejo que se utiliza para la construcción de proyectos electrónicos. El mismo, está formado por una tarjeta o placa física de circuito programable (normalmente denominada micro-controlador) y un software, o IDE (Integrated Development Environment) que se instala en tu ordenador, y que se utiliza para picar y cargar código del ordenador a la tarjeta física.
Las placas de Arduino se caracterizan por leer entradas – la luz de un sensor, pulsar un botón, o un mensaje de texto enviado a una Red Social – para convertirla en una salida – activando un motor, encendiendo un LED, publicando algo on-line.
En resumen, te permite indicar a la placa qué hacer enviando un conjunto de instrucciones al micro-controlador de la placa. Para ello utilizas el lenguaje de programación de Arduino, basado en Wiring y el software de Arduino (IDE), basado en Processing.
Arduino nació en el Ivrea Interaction Design Institute como una herramienta sencilla para la creación rápida de prototipos. En un principio, dirigida a estudiantes sin formación en electrónica y programación. Tan pronto como llegó a una comunidad más amplia, la placa de Arduino empezó a evolucionar para adaptarse a las nuevas necesidades y retos, diferenciando su oferta desde simples placas de 8 bits a productos para aplicaciones de IOt, dispositivos portátiles, impresión 3D y sistemas embebidos.
En definitiva, es una tarjeta de desarrollo para proyectos de hardware y automatización programable, la cual, te concede llevar a cabo una idea de producto personal o industrial. Arduino fue creado para que cualquier persona pudiera trabajar con este sistema.
¿Cómo funciona Arduino?
La placa Arduino se conecta a un ordenador a través de un USB, donde se conecta con el entorno de desarrollo Arduino (IDE). El usuario escribe el código de Arduino en el IDE, y luego lo sube al microcontrolador que ejecuta el código, interactuando con las entradas y salidas como sensores, motores y luces.
¿Para qué sirve Arduino?
El hardware y software de Arduino fue diseñado para artistas, diseñadores, aficionados, hackers, novatos y cualquier persona interesada en crear objetos o entornos interactivos. Igualmente, Arduino puede interactuar con pulsadores, LEDs, motores, altavoces, unidades GPS, cámaras, Internet e incluso con tu teléfono inteligente o tu propia televisión doméstica.
Para todo, desde robots y una manta eléctrica para calentar tu espalda dolorida hasta máquinas recreativas, e incluso un cubilete para lanzar dados en el popular Parchis, la placa de Arduino puede ser usada como controlador de casi todo proyecto electrónico que te propongas llevar a cabo.
Sus posibilidades infinitas te proporcionan controlar variables físicas como velocidad, aceleración, temperatura, fuerza, presión entre otras. Estas se convierten en electricidad para ser medidas y utilizadas en todo tipo de diseños.
Entre sus utilidades más frecuentes en el ámbito empresarial destacan proyectos realizados en Robótica, Internet de las Cosas, y Domótica. Los recursos específicos más utilizados en la industria van desde la programación de PLC´s, el desarrollo de voltímetros y osciloscopios, como tarjeta de adquisición de datos, hasta el empleo como servidor web entre otros muchos más.
Partes de la placa de Arduino.
La placa de Arduino tiene una familia de microprocesadores bastante extensa compuesta de diferentes modelos y variaciones. En esta ocasión describiré las partes de Arduino UNO que no difiere mucho de los otros modelos para que os podáis hacer una idea de la estructura de la placa electrónica (Hardware).
Alimentación USB/5VDC (1 y 2):
El Arduino UNO puede ser alimentado desde un cable USB de tipo B o mini procedente de tu ordenador o desde una fuente de alimentación entre 6V y 18V. En la imagen de arriba, la conexión USB está etiquetada (1) y el conector de la fuente de alimentación (2).
Además, la conexión USB sirve para cargar código en la placa de Arduino desde donde se pueden enviar datos de la programación e instrucciones a la placa.
Regulador de voltaje (3):
El regulador de voltaje controla la cantidad de voltaje que se deja entrar en la placa de Arduino; por lo que no dejará pasar un voltaje superior al establecido que podría dañar el circuito.
Conexiones (4):
Los pines o conexiones de Arduino se utilizan para conectar los cables que se van a necesitar para construir un circuito. Este tipo de conexiones tiene varios pines, cada uno de los cuales está impreso en la placa y se utilizan para diferentes funciones:
· Reset: Permite el reseteo del microcontrolador.
· 5V y 3.3V: la clavija de 5V suministra 5 voltios de energía, y la clavija de 3.3V suministra 3.3 voltios de energía. La mayoría de los componentes simples usados con el Arduino funcionan bien con 5 o 3.3 voltios.
· GND: Hay varios pines GND en Arduino, se usan para conectar a tierra el circuito.
· VIN: Se usa para conectar la alimentación de la placa con una fuente externa de entre 6 y 12VDC.
Puertos de entrada Analógicos (5):
El área de pines bajo la etiqueta ‘Analog In’ (A0 a A5 en la UNO) son los pines de entrada analógica. Estos pines pueden leer la señal de un sensor analógico y convertirla en un valor digital que podemos leer e interpretar.
Micro-controlador Atmega 328 (6):
Esta zona de la placa es el circuito integrado que actúa como cerebro/procesador de la placa de Arduino sobre el que vamos a implementar la programación.
Entrada ICSP (In Chip Serial Programmer) (7):
Esta entrada realiza la función de acceso directo para grabar, desde el PC al circuito, cualquier programa sin necesidad de utilizar el puerto USB.
Indicador LED de alimentación (8):
LED de encendido de la placa de Arduino que indica si el microprocesador esta activo.
LEDs TX RX (9):
TX es la abreviatura de transmisión de datos y RX es la abreviatura de recepción de datos. Estas marcas comunes aparecen con regularidad en la electrónica para indicar los pines responsables de la comunicación serie. Así mismo, Estos LEDs se activan visualmente cuando la placa está recibiendo o transmitiendo datos.
Puertos Digitales (10):
Estos pines se pueden utilizar tanto para la entrada digital (como para indicar si se pulsa un botón) como para la salida digital (como para alimentar un LED).
Puerto de conexiones (11):
· 5 entradas o salidas auxiliares (de la 8 a la 12).
· 3 salidas 9, 10 y 11 que permiten la modulación por ancho o de pulso.
· Salida 13 que sirve para conectar un led directamente a tierra.
· Salida a tierra GND.
· Pin AREF que se utiliza para fijar una tensión de referencia externa (entre 0 y 5 voltios) como límite superior de las clavijas de entrada analógica.
Chip de Arduino (12):
Permite identificar un dispositivo USB por el ordenador, es como su tarjeta de identificación o D.N.I. personal
Botón de RESET (13):
Al presionarlo conectará temporalmente el pin de reset a tierra y reiniciará cualquier código que esté cargado en el micro-controlador de Arduino.
¿Qué es un sensor?
Se define sensor como cualquier componente electrónico capaz de transformar una magnitud física o química en una magnitud eléctrica. Un ejemplo de sensor es el termistor, el cual es capaz de transformar la temperatura en una magnitud eléctrica fácilmente medible, como es la resistencia eléctrica.
Presentación de proyectos de Arduino con sensor de temperatura
PROYECTO: SENSOR DE TEMPERATURA LM35
En la siguiente figura se muestra un sensor de temperatura LM35. Rigurosamente hablando no se trata de un termistor o resistencia eléctrica, sino de un circuito integrado o chip. Un LM35 se caracteriza por poseer tres patas y una cabeza de plástico (muy parecido a un transistor). Poniendo de frente la cara plana de la cabeza de plástico, su polo negativo (GND) estaría en la pata derecha, su polo positivo en la pata izquierda, y el voltaje de la señal de salida Vs en su pata central. 
Es importante no cambiar la polaridadcuando se inserta en la placa de pruebas, puesto que, en caso de cambiarla, al conectar el montaje al PC, el LM35 se calentará rápidamente, hasta el punto de quedar inutilizado si no se interrumpe inmediatamente la corriente. Un LM35 no precisa ser calibrado, puesto que la temperatura en grados centígrados puede calcularse a partir del voltaje Vs aplicando la expresión: Temp.(oC) = 100 × Vs (Voltios). El rango de medida de un LM35 es de -55oC a 150oC.
No conviene confundir el sensor de temperatura LM35 con el TMP36. Ambos sensores son idénticos a primera vista. Únicamente se diferencian en el código (LM35 o TMP36) serigrafiado en la cara plana de la cabeza del sensor. Esta indicación es a veces difícil de ver, incluso con ayuda de una lupa. En caso de tratarse de un TMP36, la expresión para calcular la temperatura en grados centígrados varia ligeramente, adoptando la forma siguiente: Temp(oC) =100 × (Vs – 0,5). 
Las figuras siguientes muestran el circuito y el montaje sobre la placa de pruebas, respectivamente.
El siguiente proyecto es uno que se realizó en segundo semestre llamado “IIDRA -
Invernadero Inteligente de Desarrollo Rural de Agricultura”
 y es un ejemplo del uso de sensores de temperatura con Arduino
Materiales 
· Arduino UNO R3.
· Sensores de temperatura LM35. 
· Banco de relevadores RAS-0510.
· Motor de parabrisas.
· Ventilador de Refrigeración y Extracción de 12V. 
· Bomba de agua.
· Manguera. 
· Varilla roscada de 3/8.
· Tuerca de 3/8.
· Serpentines de Aire Acondicionado.
· Regulador de Voltaje 110V AC a 5V DC.
· Fuente de poder de 110V AC a 5V DC.
· Cables UTP CAD 5, #16, #12.
· Interruptor Termo-magnéticos.
· Cajas De Registro.
· Plástico Cristal. 
· Focos incandescentes 
· Madera.
Funcionamiento
Una vez iniciado el programa cargado con anterioridad en controlador arduino, se contempla, como primer paso el monitoreo de la temperatura interna del invernadero (De acuerdo con el ambiente del cultivo). 
Este monitoreo es llevado a cabo por cuatro sensores de temperatura LM35 montados al interior del invernadero. Suponiendo que simulamos un ambiente artificial de un cultivo “X”, los sensores determinaran que si la temperatura al cabo de 10 segundos es mayor a 24°C, el controlador interpreta que en el invernadero está amaneciendo, por lo cual inicia una secuencia en donde para simular la luz del sol enciende dos focos incandescentes, durante este tiempo inicia un proceso de riego dentro del invernadero llevado a cabo por un rociador en donde previamente se enciende la bomba de agua y el motor principal donde lleva a todo el sistema a regar toda la zona de cultivo, durante este periodo, al regresar el sistema de riego al punto de inicio, apaga la bomba de agua así como el motor principal, después de un tiempo determinado, el controlador monitorea la temperatura interna al supera los 43°C inicia con la extracción de aire para nivelar la temperatura del invernadero, en este punto el controlador interpreta que en el invernadero la luz del sol se está perdiendo (entrada de la tarde), por lo cual los focos se apagan, seguidamente se activa un relevador que activa el sistema de enfriamiento para simular una ambiente nocturno a una temperatura de 17°C, después de un periodo de 2 minutos el sistema de enfriamiento se apaga, al nivelar su temperatura y subir a 24°C el ciclo comienza de nuevo.