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Arduino - Electrónica - Programación - Robótica - abril 29, 2023

Programación y Electrónica con Arduino (MakerTeens)

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Gran CodeMaster

@admin

LECCIÓN 01

Para obtener tu recompensa debes estar registrado en nuestra plataforma y publicar tu trabajo

🧠 ¿Qué aprendo?

  • Qué es y que sistemas componen un Robot
  • La electricidad y conceptos fundamentales de electrónica: voltaje, corriente y resistencia
  • Conexión y simulación de circuitos con TinkerCad
  • Qué es Arduino y las señales digitales
  • Como realizar la conexión y programación de Arduino en TinkerCad
  • Instalación del Programa Arduino

💡 ¿Qué es un Robot?

🧠 La palabra robot proviene del checo: robota, que significa trabajo duro o forzado. Se usó por primera vez durante la obra de teatro Rossum Universal Robots de Karel Čapek y su uso se extendió gracias a las obras de ciencia ficción creadas por el escritor Isaac Asimov.

💡 Sistemas de un Robot

🧠 Todo robot está compuesto por los siguientes sistemas fundamentales:

  • Sistema lógico: Encargado de la programación en la placa controladora del robot
  • Sistema electrónico: Encargado de las conexiones y componentes electrónicos que conforman el robot
  • Sistema mecánico: Encargado del diseño de la estructura o chasis del robot

💡 Componentes fundamentales de un Robot

🧠 Si comparamos un robot con una persona, los sensores serían sus sentidos. Éstos transmiten información a su sistema de control o cerebro, modificando su comportamiento e influyendo sobre el mundo mediante sus actuadores. Además, un robot necesitará una fuente de energía para funcionar y una estructura física para sostener los elementos que lo componen.

💡 ¿Qué es la electricidad?

🧠 La electricidad es una forma de energía que se manifiesta con el movimiento de los electrones de la capa externa de los átomos que hay en la superficie de un material conductor.

🧠 Los electrones con carga negativa (-) y los protones con carga positiva (+) son amigos, por eso se atraen.

💡 ¿Qué es el Voltaje?

🧠 Es la fuerza que necesita el electrón para moverse a través de un conductor (camino) en un circuito eléctrico cerrado. Su unidad es el Voltio (V). El instrumento usado para medir el voltaje se conoce como voltímetro.

“Tenemos dos tipos de voltaje: ac (alterna) y dc (continuo)”

➡️ Voltaje DC: Genera Corriente Continua (Direct Current)

➡️ Voltaje AC: Genera Corriente Alterna (Altern Current)

💡 ¿Qué es la Corriente?

🧠 Es la cantidad de electrones que circulan por un circuito cerrado, su unidad de media es el amperio (A). El instrumento usado para medir la corriente se conoce como amperímetro.

💡 ¿Qué es la Resistencia?

🧠 Es aquello que se oponen al paso del movimiento de electrones. Tenemos elementos con muy poca resistencia (conductores) como los cables metálicos y tenemos elementos con muy alta resistencia (aislantes) como el plástico. Su unidad es el Ohmio (Ω). El instrumento usado para medir la resistencia se conoce como óhmetro.

💡 Circuito Eléctrico

🧠 Para la circulación de electrones tiene que haber un circuito cerrado, que es la conexión de componentes electrónicos entre sí. Se representa mediante un esquema electrónico.

💡 En Pocas Palabras

💡 Simulación de circuitos Electrónicos

Simulación de Circuitos con TinkerCad

🧠 Para diseñar, estudiar y comprender el funcionamiento de los circuitos electrónicos, se utilizan programas de simulación. En nuestro caso hemos elegido Tinkercad. Se trata de un simulador online que permite diseñar circuitos de todo tipo sin necesidad de instalar ningún software en la computadora.

💡 ¿Cómo funciona?

🧠 Es de esperar que esta nueva opción que ofrece la plataforma Tinkercad sea fácil de usar e intuitiva. De hecho, con esta herramienta no solo podrás diseñar el circuito, también podrás realizar una simulación en tiempo real. Así obtienes la oportunidad de probar tu diseño electrónico antes de llevarlos a la realidad física.

💡 ¿Cómo utilizar TinkerCAD Circuits?

Paso 1: Haga clic en el apartado superior derecho “Nuevo” y luego pulse sobre la opción “Circuito

Paso 2: Comience a ensamblar su nuevo circuito de forma fácil arrastrando los componentes sobre la pantalla central y soltándolos. Además de los componentes que aparecerán en primera mano, conseguirás más en la caja Buscar. Ten en cuenta que los componentes aparecerán según sus nombres en inglés

Paso 3: Realiza las conexiones entre los componentes pulsando entre los extremos que se quieran conectar. La conexión puede anularse haciendo clic sobre ella y pulsando la tecla suprimir del teclado.

Paso 4: Se deben ajustar los valores de cada uno de los componentes. Para ello sólo tendrás que hacer doble clic sobre ellos.

Paso 5: Finalizas con la emocionante tarea de probar el diseño de tu circuito usando el simulador de Tinkercad. Para ello, debes pulsar el botón “Iniciar Simulación” que encontrarás en la parte superior de la pantalla.

📋 Ejemplo N° 1: Mi primer circuito

➡️ Ingresamos a la Cuenta de Tinkercad de miMakerHouse Talleres Regulares y hacemos clic en «Unirse con apodo». Ahí colocamos nuestro nombre de usuario (primerNombre.primerApellido)

Simulación de Circuitos con TinkerCad

💻Descripción

💡 Realizar la simulación de nuestro primer circuito eléctrico.

💻 Circuito

⚔️Desafío 01: Demuestra lo aprendido

💰Recompensa: 30 Monedas de Oro – 15 Cristales de Experiencia

🧠 Utiliza la información del ejercicio «Mi primer circuito» para realizar la conexión y simulación del siguiente circuito eléctrico:

💻Descripción

💡 Circuito con interruptor, el interruptor es como un puente cerrado que deja pasar a los electrones o también como un puente abierto que no deja pasar a los electrones.

💻 Circuito

💡 Componentes de Electrónica Básica

Simulación de Circuitos con TinkerCad

🧠 Un componente electrónico es un dispositivo que forma parte de un circuito electrónico.​ Se suelen encapsular, generalmente en un material cerámico, metálico o plástico, y terminar en dos o más terminales o patillas metálicas.

💻 El Protoboard

🧠 El protoboard hace referencia a un tablero de prototipos, el cual sirve para montar circuitos de pruebas sin necesidad de soldadura. Esta placa tiene una cubierta plástica aislante, debajo de ella se encuentran laminillas conductoras que permiten la conexión eléctrica entre los componentes que se insertan en ella.

💻 Las Resistencias

💡 La resistencia es un componente imprescindible en un circuito eléctrico. Está fabricada por carbón u otros materiales resistentes a la electricidad que actúan como obstáculo cuando pasa la corriente eléctrica. Es decir, se opone al paso de la corriente para que el sistema eléctrico no sufra sobrecargas.

El valor de las resistencias se determina  mediante la lectura de sus bandas en el  orden siguiente:

💻 El Diodo Emisor de Luz – LED

💡Es un componente semiconductor que emite luz cuando la corriente lo atraviesa en un sentido apropiado. El LED tiene polaridad y esto es razón suficiente para considerar su correcta conexión, de lo contrario llegaría a dañarse.

📋 Ejemplo N° 2: Circuito con Protoboard

➡️ Ingresamos a la Cuenta de Tinkercad de miMakerHouse Talleres Regulares y hacemos clic en «Unirse con apodo». Ahí colocamos nuestro nombre de usuario (primerNombre.primerApellido)

Simulación de Circuitos con TinkerCad

💻Descripción

💡 Observar el efecto de un resistor o resistencia que controla el paso de la corriente.

📋 Componentes:
  • Batería de 9v
  • 1 Pulsador
  • 1 Resistencia de 100 Ohm, 10 kOhm (10000 Ohm)
  • 1 LED
  • Cables Jumper

💻 Circuito

✅ Responde en tu Cuaderno
  • ¿Qué sucede cuando cambio la resistencia de 100 Ohm por una de 10kOhm? ¿Porqué?
  • ¿Qué sucede cuando quito la resistencia del circuito? ¿Porqué?
  • ¿Qué sucede cuando reemplazo la resistencia por un cable? ¿Porqué?

⚔️Desafío 02: Demuestra lo aprendido

💰Recompensa: 30 Monedas de Oro – 15 Cristales de Experiencia

🧠 Utiliza la información del ejercicio «Circuito con Protoboard» para realizar la conexión y simulación del siguiente circuito eléctrico:

💻 Circuito Serie

💡 La Placa Arduino

Simulación de Circuitos con TinkerCad

🧠 Arduino es una plataforma de desarrollo basada en una placa electrónica de hardware libre que incorpora un microcontrolador re-programable y una serie de pines de conexión. Estos permiten establecer conexiones entre el microcontrolador y los diferentes sensores y actuadores de una manera muy sencilla (principalmente con cables jumper).

💡 Señal Digital

🧠 También llamadas variables discretas. Se caracterizan por tener dos estados diferenciados y por lo tanto se pueden llamar binarias. Siendo estas variables más fáciles de tratar (en lógica serían los valores Verdadero (V) y Falso (F) o podrían ser 1 ó 0 respectivamente).

🧠 ¿Como instalar Arduino en Windows?

Descargar el entorno de desarrollo Arduino

💡 Los siguientes son los pasos que tienes que seguir para empezar a trabajar con la placa Arduino:

  1. Conseguir una placa Arduino y el cable USB
  2. Descargar el ambiente de desarrollo Arduino
  3. Instalar los drivers USB (en caso de ser Arduinos chinos genéricos)
  4. Conectar la tarjeta Arduino
  5. Conectar un LED
  6. Ejecutar el ambiente de desarrollo Arduino
  7. Cargar el programa en la tarjeta
  8. Mirar como pestañea el LED
  9. Aprender a usar Arduino

📋 Ejemplo N° 3: Mi primer programa en Arduino

➡️ Ingresamos a la Cuenta de Tinkercad de miMakerHouse Talleres Regulares y hacemos clic en «Unirse con apodo». Ahí colocamos nuestro nombre de usuario (primerNombre.primerApellido)

Simulación de Circuitos con TinkerCad

💻Descripción

💡 Realizar la conexión y programación de la placa Arduino para controlar el parpadeo de un diodo LED que está conectado al PIN 13 cada 1/2 segundo

💻 Circuito

💻 Código

⚔️Desafío 03: Demuestra lo aprendido

💰Recompensa: 30 Monedas de Oro – 15 Cristales de Experiencia

🧠 Utiliza la información del ejercicio «Mi primer programa en Arduino» para realizar la conexión, programación y simulación del siguiente circuito. ¿Qué es lo que sucede?

💻 Circuito

💻 Código

📋 Ejemplo N° 4: Juego de Luces

➡️ Ingresamos a la Cuenta de Tinkercad de miMakerHouse Talleres Regulares y hacemos clic en «Unirse con apodo». Ahí colocamos nuestro nombre de usuario (primerNombre.primerApellido)

Simulación de Circuitos con TinkerCad

💻Descripción

💡 Realizar la conexión y programación del juego de luces con el circuito que se muestra a continuación. ¿Cuál es el efecto de luces que tiene?

💻 Circuito

💻 Código

¡Estamos listos, a construir!

💰Recompensa: 10 Monedas de Oro – 5 Cristales de Experiencia

➡️ Ingresamos a la Cuenta de TinkerCad de miMakerHouse Talleres Regulares y hacemos clic en «Unirse con apodo». Ahí colocamos nuestro nombre de usuario (primerNombre.primerApellido)

Simulación de Circuitos con TinkerCad

➡️ RETO 01: Dibuja en la computadora cuál de los siguientes diseños de un circuito eléctrico funcionará correctamente para que el palito de helado gire como un ventilador

➡️ RETO 02: Dibuja y nombra al voltaje, la corriente y la resistencia

➡️ RETO 03: Realizar el circuito de una linterna

💻 Circuito
✅ Realiza otra simulación
  • ¿Qué sucede cuando en vez de dos pilas solo conectas una? ¿Porqué?

➡️ RETO 04: Circuito con un botón y un motor DC, el botón es como un puente cerrado cuando lo presionas que deja pasar a los electrones o también como un puente abierto cuando lo sueltas que no deja pasar a los electrones

💻 Circuito
✅ Realiza otra simulación
  • ¿Cómo tendría que conectar el circuito anterior para que el motor gire en el otro sentido?

➡️ RETO 05: Realizar la conexión y simulación del siguiente circuito:

💻 Circuito Paralelo

➡️ RETO 06: La empresa de automatización NRJ te contrata para hacer un montaje de un LED Intermitente en una placa Arduino UNO, con el único requisito de que el LED debe estar ubicado en el Pin 5, ellos muy amablemente te han facilitado el circuito, tu tarea es:
A) Realizar el montaje y la respectiva programación de 2 segundos prendido y 1 segundo apagado

💻 Circuito

➡️ RETO 07: Realizar la programación para tener unas luces policiacas, eso significa que mientras un LED rojo esté encendido el otro LED azul debe estar apagado y así sucesivamente. Utilizar el diagrama de conexión que se muestra a continuación:

💻 Circuito

➡️ RETO 08: La alcaldía de tu ciudad te pide que realices la programación de un semáforo que se instalará en tu calle, para ello debes tener en cuenta lo siguiente:

  • Cuando el semáforo se ponga en verde tendrá que estar así por un tiempo de 5 segundos
  • Cuando el semáforo se ponga en amarillo tendrá que estar así por un tiempo de 2 segundos
  • Cuando el semáforo se ponga en rojo tendrá que estar así por un tiempo de 3 segundos

⚠️ Adicionalmente tendrás un semáforo peatonal que podrás representarlo de la siguiente manera:

  • LED NARANJA cuando el peatón no pueda cruzar (el mismo estará encendido mientras el semáforo vehicular se encuentre en verde y amarillo)
  • LED AZUL cuando el peatón pueda cruzar (el mismo estará encendido mientras el semáforo vehicular se encuentre en rojo)

🆘 La secuencia de encendido y apagado de las luces del semáforo es como la que se muestra a continuación:

⚠️ Utilizar el siguiente circuito de conexión:

💻 Circuito

⚔️¡Retos Adicionales!⚔️

💰Recompensa: 20 Monedas de Oro – 10 Cristales de Experiencia

✅ Solo para los más intrépidos y osados:

➡️ RETO A1: ¿Por qué las aves no se electrocutan cuando se paran sobre los cables eléctricos?

➡️ RETO A2: ¿Qué voltaje y corriente puede generar un rayo?

➡️ RETO A3: Circuito de luces para una escalera domiciliaria

💻 Esquema

➡️ RETO A4: Recuerda lo explicado en clases y utiliza la lógica para que el LED que está conectado a la placa Arduino pueda parpadear solo tres veces

💻 Circuito

➡️ RETO A5: Una empresa de vehículos te contrata para recrear un juego de luces parecidas a la del auto fantástico donde un LED debe permanecer encendido creando un efecto de movimiento de izquierda a derecha y derecha a izquierda. Debes realizar la conexión y programación para que tu proyecto se muestre más o menos como la siguiente imagen:

⚠️ Sólo debes UTILIZAR 6 LEDs tal y como se muestra en el vídeo y tú decides en que pines del Arduino conectarlos (el tiempo de espera puede ser de 250 milisegundos)


Recuerda

🧠 Todo robot está compuesto por tres componentes fundamentales:

  • Sistema de control: como una placa controladora.
  • Sensores: capaces de interpretar información del mundo o del propio robot.
  • Actuadores: producen un efecto sobre el mundo o sobre el propio robot.