Arduino

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Qué es Arduino y para qué sirve?

Arduino es una tarjeta o placa electrónica programable con el lenguaje Arduino. Esta tarjeta contiene un microcontrolador de la empresa Atmel y los elementos necesarios para su funcionamiento. Esta tecnología, por tanto, está conformada de dos partes fundamentales: hardware (tarjeta programable) + software (lenguaje de programación).

En la mayoría de aplicaciones las tarjetas Arduino se complementan con el uso de dispositivos de entrada o salida (Sensores, ActuadoresMódulos y Shields), con los cuales conforman un Sistema Microcontrolado que sirve para realizar automatización o control electrónico en sectores como la industria, los sistemas de vigilancia y seguridad, el comercio, la robótica, las máquinas CNC e impresoras 3D, la medicina, la domótica, la industria automotriz, la exploración terrestre, marítima y espacial, el hogar, la agricultura, la educación, los aficionados a la Electrónica y en general en cualquier proyecto, sea grande o pequeño, donde se vea la necesidad de conseguir algún grado de automatización electrónica. Se puede afirmar que en la actualidad casi no existe límite al rango de aplicaciones debido al grado de avance y difusión de la Electrónica con microcontroladores.

Los dispositivos de entrada son aquellos que se conectan en los pines que han sido configurados como entrada, entre los más importantes tenemos: sensores, detectores, interruptores, teclados, pulsadores, receptores de datos, etc. Los dispositivos de salida son aquellos que se conectan en los pines que han sido configurados como salida, los más comunes son: diodos LED, pantallas (displays) LCD, displays 7 segmentos, matrices LED, buzzers (zumbadores), transmisores de datos, relés, motores de corriente directa, motorreductores, motores paso a paso, servomotores, solenoides, electroválvulas, electroimanes, etc.

Existen varios tipos de tarjetas Arduino, entre las más conocidas tenemos: Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Nano, Arduino Due, Pro Micro, Pro Mini, Leonardo, Mega ADK y Lilypad.

Qué es Arduino

Cómo funciona una tarjeta Arduino?

Después que la tarjeta ha sido programada por el usuario, el microcontrolador a bordo ejecuta a muy alta velocidad las instrucciones almacenadas en su memoria cada vez que se conecta la energía. La ejecución de instrucciones se realiza  secuencialmente desde la primera hasta la ultima; si en cualquier momento se interrumpe la energía el microcontrolador es reiniciado y empezará nuevamente desde el principio la próxima vez que se encienda. El mismo efecto se obtiene cuando el usuario presiona momentáneamente el botón de Reset. Normalmente la placa Arduino recibe datos o señales de entrada, por ejemplo de algún sensor, realiza operaciones con dicha información, toma una decisión en función de las instrucciones programadas y, por último, envía una o varias señales de salida, generalmente hacia un módulo de control de un actuador o algún dispositivo de visualización LED o LCD. 

Cómo se utiliza una placa Arduino?

Una tarjeta Arduino por sí sola no sirve para implementar un sistema de control electrónico con fines prácticos, ya que está diseñada fundamentalmente para ejecutar las instrucciones almacenadas en su memoria (la parte lógica o inteligente del sistema) tomando decisiones para generar señales de salida en función del programa almacenado y de las señales de entrada provenientes de otros dispositivos; por esta razón, para interactuar con el mundo real cada tarjeta requiere el apoyo de familias de elementos complementarios conocidos como módulos y shields. Adicionalmente todo el sistema requiere una fuente de energía que debe estar en capacidad de suministrar la potencia eléctrica necesaria para el funcionamiento normal de todas las partes del conjunto.

Los Módulos, que pueden ser de Entrada (en su mayoría Sensores) o Salida (generalmente conectados a un Actuador), son elementos que se conectan externamente por medio de cables a una placa Arduino para añadir alguna funcionalidad (por ejemplo, un sensor de movimiento). Los módulos más populares son: Bluetooth, Wifi, RFID, I2C para LCD, L298N y A4988 para motores, sensores de temperatura, humedad, luz, distancia, movimiento, relés, etc.

Los Shields o Escudos, de Entrada o Salida, son tarjetas que pueden ser enchufadas directamente sobre una placa Arduino para añadir funciones complementarias (por ejemplo, un shield Ethernet), ofrecen caracteristicas más completas que un módulo y se identifican fácilmente ya que se acoplan directamente sobre la tarjeta Arduino sin cables. Los shields pueden agregar funcionalidades como las siguientes: control de motores, relés, protoboards, bus CAN, comunicación RS-485, conectores, comunicación inalámbrica, Ethernet, GSM, etc. La diferencia fundamental entre un Módulo y un Shield es la forma de conexión y las caracteristicas que poseen: los módulos se conectan por medio de cables y tienen menos caracteristicas, mientras que los shields se enchufan directamente y ofrecen caracteristicas más avanzadas.

Un Actuador es un dispositivo capaz de transformar energía eléctrica en una magnitud física, generalmente un movimiento, con la finalidad de generar un efecto sobre un proceso automatizado. Los actuadores más conocidos son los motores de corriente continua, los motorreductores, los servomotores, las electroválvulas y los electroimanes. Para el control de los Actuadores se emplean los Módulos o Shields de Salida.

Adicionalmente también se pueden emplear dispositivos electrónicos de Entrada o Salida de propósito general.

Cómo se programa una tarjeta Arduino?

Las tarjetas Arduino vienen con un microcontrolador disponible para las aplicaciones del usuario (un circuito integrado programable capaz de ejecutar las instrucciones almacenadas en su memoria).

La programación es realizada en una computadora personal de uso común, dentro del ambiente o entorno de trabajo conocido como Arduino IDE instalado en el computador del usuario. Este software permite escribir un programa (sketch) en lenguaje Arduino y transferirlo (descargarlo) a la tarjeta Arduino a través del puerto USB del computador. Para ayudar al usuario en la tarea de programación se emplean las Librerías o Bibliotecas de funciones algunas de las cuales vienen incluidas con la instalación del Arduino IDE, mientras que otras deben ser añadidas dependiendo de las necesidades del proyecto.

Toda la documentación del lenguaje Arduino, así como el software Arduino IDE y las librerías son distribuidas totalmente gratis y se encuentran a disposicion de cualquier persona sin ninguna limitación ya que Arduino es una plataforma de código abierto. El sitio web de Arduino tiene una sección especial donde se puede descargar el Arduino IDE, compatible con Windows, Mac y Linux.