Arduino:una introducción a los dispositivos de microcontrolador de bricolaje

Puede Arduino convertir cualquier cosa en una computadora en estos días. Si ve un LED o LCD con un teclado, probablemente alguien haya puesto una computadora portátil dentro de ese dispositivo. Algunas de estas cosas incluso contienen seis, siete o más computadoras pequeñas, llamadas microcontroladores.

Dentro de ellos, de los cuales el Arduino es el más popular. Si imagina crear su dispositivo electrónico con una computadora integrada, debe comprender qué son y cómo funcionan.

Solo entonces puede ir y comprar algunos kits en una tienda de PCB y comenzar sus proyectos.

¿Qué es Arduino?

Estas pequeñas computadoras con microcontrolador generalmente se denominan controladores integrados o unidades de microcontrolador (MCU). Son sistemas informáticos completos con todo lo que puedas imaginar que entraría en una computadora. Todos ellos cuentan con una unidad central de procesamiento para la ejecución de programas, almacenamiento RAM temporal, sistemas de almacenamiento permanente y puertos para periféricos y accesorios.

Los microcontroladores son solo computadoras de propósito individual construidas y diseñadas para llevar a cabo solo unas pocas tareas específicas. La mayoría de las veces, estos dispositivos solo ejecutan un único programa almacenado en alguna ROM. Sin embargo, también puede adjuntarles almacenamiento externo. De cualquier manera, se consideran dispositivos de bajo consumo, y ese es su encanto. Puede hacer funcionar uno completamente con baterías.

Un Arduino es solo una versión de código abierto de un microcontrolador. Viene como una placa de desarrollo de hardware que puede usar para diseñar y construir sus propios dispositivos. Perfecto para aficionados, aficionados y creadores, Arduino hace referencia tanto a un tipo específico de diseño de placa como a la empresa que las fabrica y a la comunidad de desarrolladores que las utilizan. Debido a esto, puede encontrarlos en casi todas las tiendas o catálogos de electrónica o piezas de PCB.

La plataforma viene como una placa de circuito programable física, el propio microcontrolador y el software o IDE (entorno de desarrollo integrado) que utiliza para crear el programa que ejecuta el dispositivo. Popular entre los nuevos desarrolladores, Arduinos no requiere un dispositivo programador separado, lo que lo hace mucho más fácil de usar que otros kits de microcontroladores en el mercado. Incluso utiliza una versión simplificada del lenguaje de programación C++, lo que facilita la programación.

1.1 ¿Qué constituye un Arduino?

Las placas Arduinos vienen con algunos componentes e interfaces preinstalados en una sola placa de circuito impreso (PCB) como un kit de microcontrolador. Estos componentes establecen un factor de forma estándar que hace que el microcontrolador sea más accesible.

Los componentes básicos

Si bien el diseño ha cambiado a lo largo de los años, un kit básico de Arduino viene con los siguientes componentes:

Conectores de pines

Hay dos tipos de pines:dispuestos en un patrón específico, estos pines le permiten conectar la MCU a las otras placas pueden formar parte de su dispositivo personalizado. También le permiten conectar una placa adicional secundaria, llamada "escudo", a su dispositivo.

Digital – Conectores de entrada/salida (E/S) de estado único que puede activar o desactivar. La mayoría de Arduinos tienen 14 pines digitales.

Analógico – Conectores multiestado que pueden leer un rango de valores. Puede usarlos para un control más detallado. Suelen ser seis.

Tierra – Con la etiqueta GND, estos tres pines le permiten conectar a tierra su dispositivo.

Poder – Los cuatro pines de 5 voltios y los cinco de 3 voltios proporcionan señales de alimentación a los complementos y otros accesorios.

Modulación de ancho de pulso (PWM):ocho de los pines digitales funcionan como conectores PWM. Pueden simular señales de salida analógicas para aplicaciones como atenuación de LED

Referencia analógica (AREF):a veces se usa para regular voltajes externos, pero estos nueve pines rara vez se usan.

Conector de alimentación

Este conector alimenta el dispositivo y crea energía de bajo voltaje para LED, sensores y otros. Puede usar el conector con un adaptador de CA o una batería pequeña.

Procesador principal

La CPU del microcontrolador es el corazón de la plataforma. Permite que Arduino ejecute comandos y tome decisiones basadas en varias entradas y programas en ejecución. El mismo chip variará entre los tipos de Arduinos, pero la mayoría de los kits suministran conjuntos de chips Atmel con diferentes memorias integradas. Los modelos de procesador estándar incluyen:

• ATmega8
• ATmega168
• ATmega328
• ATmega1280
• ATmega2560

Conector serie

La mayoría de las placas Arduino vienen con un puerto USB estándar que le permite conectar la MCU a su computadora para cargar nuevos programas. En algunas placas, el puerto USB también funciona como conector de alimentación.

Botón de reinicio

Las placas Arduino también contienen un botón de reinicio. Al presionar el botón se activa el pin de reinicio. Reinicia cualquier código que se esté ejecutando actualmente, perfecto cuando desea probar algo pero su programa no tiene una función de reinicio.

Indicador LED de encendido

Algunas MCU de Arduino vienen con un LED de encendido que indica si la unidad está encendida. Generalmente, el LED se enciende cuando conectas el equipo a una fuente de alimentación. Si esta luz no se enciende, es muy probable que algo ande mal.

LED de transmisión y recepción de señal

Etiquetar como TX (transmitir) y RX (recibir); estos LED muestran actividad de comunicación en serie. Proporcionan una pista visual sutil cuando la unidad está recibiendo o transmitiendo datos.

Regulador de voltaje

Si bien no son programables por el usuario, las placas Arduino vienen con un regulador de voltaje. El regulador controla la cantidad de voltaje que pasa por el tablero. Tiene límites, por supuesto, pero la mayoría de los proyectos no tendrán voltajes superiores a 20 voltios.

1.2 Complementos y accesorios de Arduino

Los componentes anteriores vienen con todos los MCU de Arduino, pero no son los únicos componentes electrónicos que puede usar con la plataforma. Las placas cumplen con todos los estándares IEEE e ISO. Por lo tanto, puede usar cualquier pieza disponible para hacer que su proyecto Arduino valga la pena. Sin embargo, la especificación de la plataforma Arduinos requiere algunos complementos compatibles con la plataforma. Debido a esto, la mayoría de los proveedores de Arduino también llevan algunos sensores y protectores de Arduino. Ningún proyecto de Arduino estará completo sin ellos tampoco.

Sensores

Puede usar un poco de código para que su Arduino controle e interactúe con una serie de sensores.

La mayoría de los proveedores de Arduino ofrecen sensores para medir:

• Luz
• Temperatura
• Grado de flexión
• Presión
• Proximidad
• Aceleración
• Monóxido de carbono
• Radiactividad
• Humedad
• Presión barométrica

Placa Arduino

También puede obtener una placa de prueba sin soldadura para su proyecto. Esta placa le permite crear prototipos y experimentar con sus diseños y diseños de circuitos sin soldar permanentemente sus componentes a su PCB. Puede experimentar y probar sus ideas de diseño y diseño. La protoboard no tiene un adaptador de corriente. Por lo tanto, ayudaría si usara cables de puente para alimentarlo a través de la placa base.

Escudos

Las piezas finales del rompecabezas Arduino son los escudos Arduino. Estas placas secundarias prefabricadas encajan en la parte superior de la placa Arduino principal para ofrecer capacidades adicionales.

Algunas funciones de protección estándar incluyen

Control de motores

Conectividad a Internet

Comunicación y redes móviles y celulares

Controladores de pantalla LCD

Los desarrolladores de Arduino utilizaron el entorno de desarrollo integrado (IDE) oficial de Arduino para escribir sus programas Arduino. El IDE de código abierto basado en Java funciona en todas las plataformas que ejecutan Windows, Mac y Linux. Le brinda un entorno único para escribir y probar el código escrito en el lenguaje de programación Processing antes de cargarlo en su dispositivo.

El Arduino Uno:el Arduino más popular

Debido a que no hay dos proyectos iguales, el grupo Arduino publicó especificaciones para algunos tipos de placas Arduino. Uno de los tipos de placas más populares es Arduino Uno.

Como una excelente opción para principiantes, el MCU Arduino Uno de $22 es una placa básica. Solo viene con los componentes esenciales, pero te permite diseñar tu proyecto a tu manera. Con un peso de 25 gramos, esta placa de circuito impreso de 68,5 x 53,4 milímetros es lo suficientemente ligera como para caber dentro de una carcasa también.

La versión actual, Arduino Uno R3, viene con:

• Microprocesador ATmega328P
• 14 pines de entrada/salida digital
  • 6 salidas PWM
  • LED incorporado (conectado al pin 13)
  • Salida de voltaje de 5 voltios, 3,3 voltios y pin de tierra

• Seis pines analógicos
• Puerto USB
• Conector de alimentación
• Botón de reinicio
• Tensión de funcionamiento de 5 voltios
• Memoria flash de 32 KB
• 2 KB de SRAM y 1 KB de EEPROM

Puede que Uno no sea la primera placa Arduino, pero es la más utilizada. También es el factor de forma más documentado con toneladas de tutoriales de proyectos y foros en Internet.

Arduino Mega:el MCU para GRANDES proyectos

Efectivamente, cuatro MCU Uno en uno, Arduino Mega es la placa para sus proyectos masivos. Alimentado por un chip Atmel ATmega2560, el Mega trae cuatro puertos seriales a la mesa con un puerto USB separado para alimentación e interfaces con computadoras. Incluso cuenta con un procesador ATmega16U2 dedicado solo para el puerto USB adicional. También puede alimentar la MCU con una batería.

El Mega tiene:

• 54 pines de entrada/salida (E/S) digital con 14 compatibles con PWM
• 16 pines de E/S analógicos
• Puerto USB
• Conector de alimentación
• Botón de reinicio

La gran cantidad de pines del Mega hace que el tablero. Puede usarlos en proyectos que requieren muchas conexiones de E/S digitales, LED o botones.

El resto de la potencia de Mega MCU proviene de su procesador. El microprocesador ATmega2560 puede hacer cualquier cosa que le eches. Cuenta con una velocidad de reloj de 16 MHz, 256 KB de flash, 8 KB de SRAM y 4 KB de EEPROM. Todo esto convierte a Arduino Mega en la placa base para impresoras 3D y robótica.

Arduino ESP8266 hace que sus proyectos sean inalámbricos

Ninguna placa Arduino viene con red inalámbrica en la propia placa. Tampoco lo encontrarás en ninguno de los escudos disponibles. Necesita un módulo Wi-Fi Arduino ESP8266 si desea que su proyecto sea inalámbrico.

Si bien existen módulos más nuevos, el ESP2866 es el original. Puede que no esté diseñado para funcionar como un MCU independiente, pero su proyecto necesita uno en el mercado móvil actual.

Sin embargo, ofrece una conectividad inalámbrica decente. La placa viene con pines de alimentación, conexión a tierra, transmisión y recepción para conectar estas características a su Arduino central, así como un pin de encendido y apagado controlado por chip (CH_PD). También tienes un reset y dos pines de datos GPIO.

Hay un inconveniente. El ESP8266 requiere una señal de alimentación de 5 voltios. No funcionará con el estándar Arduino de 3,5 voltios.

Marco y subsistema PWM

5.1 PWM de Arduino

La modulación de ancho de pulso (PWM) simula una señal analógica utilizando señales de onda cuadrada con frecuencias y amplitudes variables. La plataforma Arduino utiliza estas señales para regular circuitos analógicos con sus salidas digitales.

La plataforma Arduino PWM no es una pieza separada de hardware. Todas las placas Arduino vienen con las llamadas al sistema integradas. Necesitas escribir un programa que los use. El comando crea la onda cuadrada a través de un pin compatible.

5.2 Arduino Nano:perfecto para dispositivos y proyectos pequeños

Como la versión más pequeña de la plataforma Arduino, Arduino Nano ofrece las mismas características que Uno en un paquete mucho más pequeño con un procesador ATmega328P y un coprocesador Atmega168. También utiliza el mismo software Arduino IDE que las otras placas Arduino.

El Nano viene con:

• 14 pines de E/S digital con 6 pines compatibles con PWN
• Ocho pines analógicos
• Tensión de funcionamiento de 5 voltios
• Botón de reinicio
• Puerto USB
• Puerto serie
• Memoria flash de 32kb
• SRAM de 8 kb
• EEPROM de 1 kb

A pesar de su tamaño, el Nano funciona excelente con los siguientes tipos de proyectos:

• Sistemas integrados
• Automatización
• Robótica
• Sistemas de control
• Instrumentación

¿Por qué elegir un Arduino en lugar de una Raspberry Pi?

La plataforma Arduino no es la única MCU en el mercado. Muchas de las otras MCU ofrecen las mismas características que Arduino, incluida la Raspberry Pi. Sin embargo, el PI es un producto muy diferente al Arduino.

Por un lado, la Raspberry PI es una computadora completa. El Arduino no lo es. Una microcomputadora es solo un pequeño componente que forma una computadora. Debido a esto, la plataforma Arduino solo proporciona un pequeño subconjunto de lo que PI tiene para ofrecer. Por ejemplo, solo puede ejecutar aplicaciones pequeñas y no un sistema operativo de computadora completo.

6.1 Fortalezas y debilidades del

Eso no significa que el Arduino sea inútil. Es perfecto para proyectos de electrónica que no necesitan una computadora completa para funcionar. Puede conectarlo directamente a sus componentes y sensores y hacer que todo funcione de inmediato con poca o ninguna configuración.

El Arduino puede hacer esto debido a cómo funciona el firmware de Arduino. El firmware es el software central que ejecuta la línea de placas Arduino. También se comunica con su computadora a través de USB para brindarle acceso a todas sus funciones programables. Si bien siempre puede reemplazar el firmware, nunca tendrá que hacerlo. Ni siquiera necesita reiniciarlo. Una vez que cargue su código, puede ejecutarlo en cualquier lugar inmediatamente. No hay necesidad de un teclado, una pantalla o un medio para elegir una aplicación. La pizarra hará el único trabajo que le des.

6.2 La Raspberry Pi es una computadora completa

Por el contrario, la Raspberry Pi es una computadora completamente funcional. Necesita un sistema operativo para ejecutarse, lo que requiere reiniciar para permanecer operativo. La placa tampoco tiene almacenamiento interno. Sería útil si proporcionara una tarjeta micro-SD externa para almacenar los programas que desea ejecutar. Aunque tiene Ethernet incorporado, puede actualizar el software sin tener que quitar la tarjeta.

El Pi se ejecuta en una CPU Broadcom Arm-v6 completa con memoria y un procesador de gráficos HDMI. La placa también funciona muy bien con un teclado y un mouse, lo que le permite cargar una variante de Linux y tenerla para que nadie pueda notar que usó una máquina tan pequeña para controlar todo. Así de poderoso es. Es la plataforma perfecta para proyectos que requieren total interactividad del usuario y toda esa potencia de procesamiento.

Sin embargo, este poder hace que el Pi no sea adecuado para proyectos más pequeños. Por ejemplo, debe conectar un LED a una placa Arduino para encenderlo con solo ocho líneas de código. Pi requerirá bibliotecas adicionales además de su código solo para comenzar, y eso es si ya tiene un sistema operativo instalado en la placa.

Eso no significa que no pueda usar Raspberry Pi y Arduino para los mismos tipos de proyectos. Puede instalar bibliotecas de marco que le darán a Pi las mismas características que Arduino. Simplemente se necesita mucho más tiempo y esfuerzo para usar un Pi en un proyecto.

El Arduino también tiene una comunidad más grande de desarrolladores. Como la plataforma más popular para proyectos electrónicos, Arduino tiene muchos tutoriales para principiantes que lo ayudarán a comenzar.

De todos modos, nunca tendrás que elegir entre estas dos placas. Trabajan muy bien juntos. Con el accesorio adecuado, su Arduino puede convertirse en una placa de extensión secundaria para su Raspberry Pi, dando a ambas tarjetas acceso a las funciones de la otra.

Conclusión

El Arduino es una familia de plataformas de microcontroladores diseñadas específicamente para proyectos de electrónica de bricolaje. Estas placas de un solo uso vienen con todo lo que necesita para automatizar su tarea y algo más. Tienes que conectarlo a tu computadora, crear un código y simplemente ejecutarlo. Él hará el resto.

Para obtener uno o cualquier otro componente para sus proyectos, contáctenos inmediatamente. Nuestros representantes entienden Arduino y están listos para ayudarlo a decidir qué placa y complementos son adecuados para usted. Incluso podemos ayudarlo a obtener las piezas que necesita para conectar su Arduino a una Raspberry Pi para llevar sus dispositivos al siguiente nivel.