Arduino (IoT): Simple Tutorial Motores DC & Servos

Arduino Honduras Santiapps Marcio Valenzuela

Tutorial Motores

Ya sabemos controlar flujo de electricidad a luces.  Ahora lo vamos a hacer con motores.  Al igual que con luces hay algunos detalles importantes.

Requisitos:

  1. Computadora (mac)
  2. Arduino MEGA (u otra variante Arduino) o incluso Arduino clone, Edison, Raspberry…  Este tutorial en particular usa una Arduino MEGA.
  3. Motor DC & Servo
  4. Breadboard
  5. Arduino IDE (https://www.arduino.cc/en/Main/Software)

Terminología

Motor DC es un tipo de motor continuo.  Es decir que rota continuamente o infinitamente en la misma dirección.

Motor Servo es un tipo de motor que gira o rota de manera escalonada dependiendo del valor eléctrico pasado al mismo.

 

Arduino DC Servo Motors Santiapps Marcio Valenzuela
Arduino DC & Servo Motors

Comencemos sencillo.  Vamos a conectar primero 1 motor DC a la MEGA y usaremos el Monitor Serial para enviar datos de electricidad a la MEGA para determinar cuanta enviar al motor.

Conozcamos los componentes

Que son estos 3 componentes extraños?

Arduino Motor Tutorial Santiapps Marcio Valenzuela
Arduino Motor

El primero de arriba a abajo es el transistor.  El de en medio lo habíamos usado antes y es un resistor.  El de abajo es un diodo.

Un transistor…

Un Resistor resiste el flujo de corriente en el circuito.

Un diodo controla que el flujo eléctrico solo avance en una dirección.

Ahora entendamos el circuito.

:

Arduino Motor Tutorial Santiapps Marcio Valenzuela
Arduino Motor

Primero veamos el bosque. La corriente fluye de la MEGA 5V por el cable naranja que cruza del centro a la derecha de la imagen.  El cable amarillo cierra el circuito, GND.  El otro cable naranja sale del pin 3 de la MEGA hacia la breadboard.

Veamos estas conexiones en mayor detalle:

Arduino Motores Tutorial Santiapps Marcio Valenzuela
Arduino Motores

Ok, comencemos con la 5V proveniente de la MEGA.  Este cable conecta en la fila 5 de la breadboard (tiene una manga negra en cada punta).  Aquí mismo conecta a la terminal (+) del motor.  Aquí también hace conexión con el diodo, el cual restringe el flujo en una sola dirección.

Luego ese flujo pasa al transistor en una de sus patas extremas que resulta estar conectada a la terminal (-) del motor.  La otra pata del transistor se conecta al cable amarillo proveniente del GND en la MEGA.  Esto deja unicamente la pata central del transistor.  Esta se conecta al resistor quien hace la conexión al pin 3 de la MEGA.

El código es lo mas simple:

int motorPin = 3; // definimos el pin 3 en la MEGA como el del motor
void setup() {
pinMode(motorPin, OUTPUT);  //declaramos ese pin de tipo output
Serial.begin(9600);         // iniciamos el monitor serial
while (! Serial);           // mientras no hay nada en serial, imprimimos un mensaje
Serial.println("Speed 0 to 255");
}
void loop() {
if (Serial.available()){    // Si hay un valor en el Serial, lo leemos...
int velocidad = Serial.parseInt();  //convertimos a un int almacenado en velocidad
if (velocidad >= 0 && velocidad <= 255) // Si dicho valor esta entre 0 y 255...
{
analogWrite(motorPin, velocidad); // lo escribimos al pin del motor
}
}
}

Aquí el video:

Ahora cambiemos el tipo de motor…conozcamos al servo-motor.  Un servo no genera rotación continua sino discrecional y en valores concretos.  Es decir, en lugar de usar la corriente para girar el motor hasta que se retire la corriente, un servo es mas preciso y puede girar exactamente una cantidad determinada dependiendo de la corriente enviada.  Hay servos que giran 180 grados en una dirección y luego 180 en la dirección contraria.  Estos son los mas comunes pero no son los únicos ya que también hay servo motores que giran 360 grados y se usan comúnmente en juguetes como robots y carros.

Hagamos girar un servo-motor y luego podremos jugar un poco con un…juguete. 🙂

Podríamos usar un setup como este:

Arduino Servo Tutorial Santiapps Marcio Valenzuela
Arduino Servo

Aqui vemos como usar el pot para controlar el servo.  Los 5V van al + del pot y la GND va al – del pot.  Habíamos visto que el pin central del pot es el que genera la señal de cuanta corriente fluye dependiendo del dial.  Es decir que aqui lo que hariamos es leer el pin analogo y escribir al pin digital.  De hecho aqui esta el sketch para este proyecto:

#include <Servo.h> 
Servo myservo;  // Creamos objeto servo 
int potpin = 0;  // definimos A0 como pin del pot
int val;    // variable para almacenar valor del pot 
void setup() {
myservo.attach(9);  // Pegamos el servo al pin digital 9
}
void loop() {
val = analogRead(potpin);            // Leemos el pot (valor de 0 – 1023) 
val = map(val, 0, 1023, 0, 179);     // Mapeamos al servo (valor de 0 – 180) 
myservo.write(val);                  // Escribimos valor al servo 
delay(15);                           // Esperamos un rato para volver a empezar 
}

Lo único nuevo aquí, aparte del hecho que un servo tiene un cable adicional, que es el cable que recibe la señal, es que el servo utiliza una library.  Una library no es mas que un set de código adicional que nos permite interactuar con alguna objeto. En este caso el objeto es Servo y lo creamos en la primera linea del código.  Crear ese objeto en código lo que hace es:

  1. Ir al codigo de la library Servo.h y crear un objeto en codigo usando la plantilla del objeto Servo.  Crear uno de estos objetos en codigo nos da propiedades de ese objeto que podemos modificar y funciones de ese objeto que podemos usar.  Por ejemplo la función write que usamos al final nos permite escribir el valor de corriente que queremos al objeto Servo.
  2. Una vez creado uno de estos objetos en código, interactuar con ese objeto es mas sencillo.  Podemos usar funciones como .attach() para conectar el servo real en pin 9 al objeto servo virtual que acabamos de crear.  Otra función es la de .write().  Esta función que esta en la Servo library es un set de instrucciones como nuestra función setup() o loop() que define que hacer con los valores que ponemos adentro de los paréntesis write() para que se conviertan en una señal eléctrica que activen el motor.

Es importante familiarizarnos con libraries y sus métodos porque lo estaremos usando en los siguientes tutoriales que involucran LCDs y comunicaciones usando distintas tecnologías.  De hecho las libraries se vuelven complicadas porque hay distintas versiones para una misma library que tienen pequeñas variaciones y a veces pueden hacer que nuestro código falle.  Pero eso lo veremos en su momento.

Ok, repasando lo que aprendimos:

  • Convertimos aquella LED en un motor.  Lo mismo aplicaría para cerrojos o válvulas de flujo.
  • Convertimos el flujo eléctrico repetitivo a uno condicionado por input del usuario, ie: el ingreso de un valor al Monitor Serial.  Ese input del usuario podría venir de una conexión BT, Wifi, GPRS, NFC etc.
  • O aun mas interesante, en lugar de un usuario que debe accionar el sistema, la condición puede venir del resultado computado de un sensor de luz, sonido, calidad de aire, temperatura, huella digital etc…

En el proximo tutorial exploraremos LCD’s para visualizar información de una manera mas amigable.

Arduino (IoT): Tutorial de Carro Juguete

Arduino Honduras Santiapps Marcio Valenzuela

Tutorial Juguete

Hemos visto como controlar la electricidad.

Requisitos:

  1. Un carro electrónico o a control remoto
  2. Un voltimetro o amperimetro (incluso puede ser un simple cable)

En juguete electrónico como un carro de baterías no es mas que una tabla de circuitos integrados con una fuente de poder (las baterías AA tipicamente).  El programa para esa tarjeta ya esta cargado en la fabrica y lo único que hace ese programa es controlar el flujo eléctrico a los componentes del carro.

Yo tengo a mi disponibilidad por los momentos este carro:

Arduino Tutorial Toy Car Santiapps Marcio Valenzuela
Arduino Toy Car

Este por suerte es un carro sencillo porque no es a control remoto, solo tiene botones (3 color naranja en la parte superior trasera) que cumplen ciertas funciones.  Por ende lo que dispara el programa grabado en el chip de este juguete es la accion de completar algun circuito con uno de esos 3 botones.  Un circuito activa solo el sonido, otro activa solo las luces y un tercero activa los botones, luces, sonido y el motor!

Veámoslo por dentro:

Arduino Tutorial Toy Car Santiapps Marcio Valenzuela
Arduino Carro

Lo importante a notar aquí es que hay una placa electronica (cafe en el lado derecho) que esta pegada a la parte superior del carro, la tapadera.  Esa placa tiene cables que van hacia la tarjeta principal.  La función de esa placa de completar los circuitos usando los botones naranja de afuera.  En el lado izquierdo podemos ver en la parte superior, un motor DC que mueve las llantas.

Arduino Tutorial Toy Car Santiapps Marcio Valenzuela
Arduino Tutorial Toy Car

Y en la parte inferior de la imagen izquierda podemos ver la placa principal (color blanco) con un parlante para el sonido y unas cuantas terminales visibles de la tarjeta de circuitos.

Arduino Tutorial Toy Car Santiapps Marcio Valenzuela
Arduino Tutorial Toy Car

Aquí podemos ver varios componentes de cerca y lo que mas llama la atención es la fila horizontal de terminales con letras PXX & GND.  Sabemos que solo es cuestión de completar un circuito.  Si recuerdan en todos los totorales que hemos visto hasta ahora, todos tienen pines distintos pero comparten 1 pin en común…GND!

Así que cerremos el circuito entre GND y cualquiera otra terminal a ver que pasa.  Será divertido!  Lo pueden hacer con las dos terminales de un voltímetro pero también lo pueden hacer con un cable.  Lo importante es completar el circuito.

Algo importante a notar es lo siguiente.  Primero se intenta cerrar un circuito uniendo P00 con P01, luego P00 con P02 y P03.  Eso claro no tiene lógica.  Seria como querer conectar un pin 2 con pin 3 en la MEGA.  Claro que no completara ninguna circuito.  Necesitamos el pin de GND para cerrar cualquier circuito.

Bueno hoy fue un break.  Solo repasamos el concepto general de circuitos.  Es importante recordar que eso es todo lo que estamos haciendo.

Nos vemos en la proxima!

Arduino (IoT): Simple Tutorial LED

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Tutorial LED

La idea es sencilla.  Usaremos código de computadora y un micro controlador (mcu) para controlar el flujo de electricidad.  En este tutorial aprenderemos como controlar el flujo de electricidad hacia una LED desde una micro controller board.

Requisitos:

  1. Computadora (mac)
  2. Arduino MEGA (u otra variante Arduino) o incluso Arduino clone, Edison, Raspberry…  Este tutorial en particular usa una Arduino MEGA.
  3. LED
  4. Breadboard
  5. Arduino IDE (https://www.arduino.cc/en/Main/Software)

(Si solo quieren ir a ver como se conecta todo, vayan al MARCADOR)

Terminología

Breadboard es un tablero de filas y columnas de agujeros.  Esta matriz de agujeros se usa para interconectar componentes electricos sin usar soldadura.

Arduino MEGA es una micro controller board, mcu.  Hay muchas otras pero básicamente escribimos código para decirle al mcu como administrar la electricidad.  El código dice cuando, cuanta y adonde enviar la electricidad.

Arduino Honduras Santiapps Marcio Valenzuela
Arduino LED setup

La LED es la luz en la bolsa del centro.

La cosa rara en la derecha es un resistor.  Básicamente cuando se quiere regular el flujo de electricidad en un circuito se usa un resistor.  En este caso necesitamos asegurarnos que no mucha electricidad fluya ya que podría quemar la LED porque son componentes bien sensibles.

Antes de iniciar entendamos como se arma un proyecto Arduino.  Básicamente funciona así:

  1. La computadora se usa para escribir y subir el codigo al mcu y al mismo tiempo para suplir electricidad a ella.
  2. Las conexiones eléctricas se hacen entre la mcu y los componentes a controlar.

Veamos la mcu:

Arduino Honduras Santiapps Marcio Valenzuela
Arduino MEGA

El puerto metálico en la izquierda superior es para el cable USB.  Este es el interfaz entre la computadora y la board (MEGA).  Este puerto se usa para subir el código a la MEGA y proveerla de electricidad.

Adicionalmente, cuando un proyecto esta listo para hacerlo móvil, ya no es necesario que opere conectado a la computadora.  Es decir, la MEGA y sus componentes pueden seguir operando ya que las instrucciones están en la MEGA.  Sin embargo siempre es necesario suplir electricidad a la MEGA y sus componentes.  Para esto se usa el puerto tambor negro en la esquina inferior izquierda.  Aquí se puede conectar battery packs para suplir energía al proyecto móvil.

Si se fijan hay varios pines alrededor de las orillas de la MEGA.  Estos son los pines por donde la MEGA puede enviar electricidad a los componentes.  En este caso la MEGA cuenta con:

– 16 pines análogos (A0-A15)

– 54 pines digitales (de los cuales algunos están dedicados a comunicación y otros son PWM

Este proyecto es muy pequeño para una MEGA pero mi UNO esta ocupada con un proyecto mas complejo.

Entonces la idea seria, recibir electricidad de la USB, pasarla al pin donde este conectado el LED y mandar instrucciones para controlar ese pin.

(A)  Podríamos conectar todo así:

Arduino Honduras Santiapps Marcio Valenzuela
Conexión LED

pero hay 2 problemas: (1) que no podríamos controlar la cantidad de electricidad que fluye al LED y (2) la conexión de la LED seria inadecuada y podría aflojarse.

(B)  Típicamente se usa una conexión con cables sin-soldar como estos:

Arduino Honduras Santiapps Marcio Valenzuela
Conexión con cables sin-soldar

pero en este caso particular que necesitamos otro componente en el circuito (el resistor), se complicaría agregarlo.  Es por eso que usamos las breadboards:

Arduino Honduras Santiapps Marcio Valenzuela
Breadboard

(C)  Una breadboard típicamente tiene columnas principales, donde reciben electricidad.  Aquí están marcadas con un + para positivo y un – para negativo. Es decir que estas columnas deben recibir la electricidad de la MEGA.

En esta imagen la fila positiva provee una conexión + a través del cable naranja.  Aquí esta conectado a la fila 16.  Es decir que la fila 16, lo cual incluye columnas:

16-a, 16-b, 16-c, 16-d y 16-e

esta conectados al polo positivo del circuito.

Así mismo el polo negativo sale a través del cable amarillo hacia la fila 14, lo cual incluye las columnas:

14-a, 14-b, 14-c, 14-d y 14-e

Esto significa que podríamos hacer algo asi:

Arduino Honduras Santiapps Marcio Valenzuela
Breadboard

Ojo, la pata mas larga del LED es la +.  En este caso la estariamos conectando a la fila 16 donde esta el polo positivo (cable naranja).  Y la pata – en el polo negativo alimentado por el cable amarillo.  Sin embargo dijimos que en el caso particular de un LED, es necesario incorporar un resistor.  El uso de la breadboard nos facilita esto:

Arduino Honduras Santiapps Marcio Valenzuela
Resistor

Esta conexión se representa con un diagrama que puedes generar con un programa gratuito llamado Fritzing (http://fritzing.org/).  Un diagrama generado se mira así:

Arduino LED Santiapps Marcio Valenzuela
Arduino Fritzing

Aquí ya aparece la MEGA conectada a la breadboard.  Como pueden ver, sacamos corriente del pin etiquetado 5V (+) y se cierra el circuito con el pin etiquetado GND (-).  Esta board (MEGA) y la mayoría de los componentes para estos proyectos usan 5V.  Algo importante aquí es que el momento que conectamos estos componentes en esta forma, al conectar la MEGA a la computadora via USB, la corriente fluye de la computadora a la MEGA y directo a la LED porque usamos el pin 5V, el cual siempre da corriente.  La idea es precisamente usar otro pin, que no siempre da corriente, y poder controlar el flujo de la corriente a ese pin.  Si revisan la imagen original, queríamos que ese fuera el pin 12.  Asi que en nuestro caso, el diagrama se mirara asi:

Arduino

MARCADOR

Repasando que vamos a hacer:

  1. El polo positivo entra de la MEGA por el cable naranja y se conecta a la fila 16, la cual alimenta la pata larga (+) de la LED.
  2. El polo negativo entra de la MEGA por el cable amarillo y se conecta a la fila 14 via el resistor (controlando el flujo) y luego a la pata corta (-) de la LED.

Les podría parecer raro que el resistor este en la pata negativa.  Solemos creer que la electricidad fluye de + a -.  De hecho no importa en este caso porque el circuito se cierra y la electricidad comienza a fluir.  El resistor controla ese flujo sin importar en que dirección.  (Y de hecho la electricidad fluye de – a +).

Ok, estamos listos para ver el código que controlara el flujo de la MEGA a la breadboard:

// Conectamos la LED al pin
int led=12;
// Este método corre una vez, al inicio únicamente
void setup(){
// Asignamos el pin 12 de tipo OUTPUT para mandarle corriente
pinMode(led,OUTPUT);
}
// Este metodo corre infinitamente, repetitivamente, varias veces x segundo, asi que cuidado lo que pongan aquí porque puede atascar todo
void loop(){
digitalWrite(led,HIGH);//Mandamos corriente al pin 12
delay(1000);// esperamos 1 segundo (1,000 milisegundos)
digitalWrite(led,LOW);//Quitamos la corriente al pin 12
delay(1000);// esperamos otro segundo
}   // y el ciclo se repite

Sencillo no?  Esto hará que la LED se encienda y apague cada segundo.  Ahora solo resta hacer las conexiones, conectar el cable USB a la computadora y a la MEGA y subir el código.  Aqui un video del proyecto final:

El proyecto final se mira así:

Arduino LED
Arduino LED

También se puede usar una LED que trae la MEGA incorporada.  El único cambio al código es que se usar el pin 13 ya que la LED que viene incorporada en la MEGA esta conectada internamente al pin 13 y de hecho trae incorporado también el resistor.  Ese proyecto se puede ver aquí:

Es todo!  Parece insignificante pero la base es importante.  Porque?  Pues los dejo con estas ideas:

  • Esa LED podría ser un motor o un cerrojo o una valvula de flujo
  • En lugar de repetir el ciclo cada segundo, podríamos controlar el flujo en cada ciclo agregando una condición, ie: Si un botón esta oprimido, o un sensor ( de luz, sonido, calidad de aire, temperatura, huella digital, código ingresado etc) cumplen con las condiciones requeridas para enviar esa corriente.
  • O que pasa si, en lugar de solo enviar corriente, mandamos o leemos datos?  A internet?  A un celular?  A un BT, NFC etc…

Allí es donde se pone interesante.  Nos vemos en el proximo donde controlaremos la LED usando botones y potenciometros y aprenderemos a leer electricidad, no solo escribirla!