Introducción a Arduino. 2. Para qué puedo utilizar Arduino?

Transcripción

1 1. Qué es Arduino? Arduino es una plataforma open-hardware basada en una sencilla placa con entradas y salidas (E/S), analógicas y digitales, y en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje Processing/Wiring. Su corazón es el chip Atmega8, un chip sencillo y de bajo coste que permite el desarrollo de múltiples diseños. Al ser open-hardware tanto su diseño como su distribución es libre. Es decir, puede utilizarse libremente para desarrollar cualquier tipo de proyecto sin tener que adquirir ningún tipo de licencia. 2. Para qué puedo utilizar Arduino? Arduino puede utilizarse en el desarrollo de objetos interactivos autónomos o puede conectarse a un PC a través del puerto serie utilizando lenguajes como Flash, Processing, MaxMSP, etc... Las posibilidades de realizar desarrollos basados en Arduino tienen como límite la imaginación. Asimismo, su sencillez y su bajo coste, recomiendan su uso como elemento de aprendizaje e iniciación en el mundo de la electrónica digital. 3. Elementos necesarios 3.1. HARDWARE PLACA ARDUINO (SERIE/USB) Lo primero que se necesita es una placa Arduino. Existen varios modelos,e incluso nos podemos construir nuestra propia placa. La placa Arduino es open hardware, lo que quiere decir que su diseño es de libre distribución y utilización. En la página web se proporcionan todos los esquemas necesarios para integrar nuestra propia placa. No obstante y para iniciarse, se recomienda adquirir uno de los modelos que se distribuyen a través de la web de Arduino ( en concreto las placas serie (RS232) y USB. Si bien el modelo serie tenemos que soldar todos los elementos (resistencias, condensadores, etc ), el modelo USB ya se encuentra lista para usar. Queda a nuestra lección decidirnos por uno u otro modelo. 1

2 Placa serie Placa USB CABLE DE COMUNICACIONES (SERIE/USB) En función del modelo de placa que hayamos adquirido tendremos que elegir un cable serie o USB. El cable serie debe tener en sus extremos dos conectores de tipo DB-9. Uno macho (para conectar la placa) y otro hembra (para conectar al PC). Es muy importante comprobar que el cable serie NO sea del tipo NULL MODEM ya que no nos sirve. 2

3 Cable serie Cable USB El cable USB debe ser tal y como se muestra en la imagen inferior. Con un conector tipo A (para conectar al PC) y otro tipo B (para conectar a la placa) en sus extremos No hay que equivocarlo con el cable mini-usb que habitualmente se utiliza con dispositivos más pequeños como cámaras de fotos y lectores de tarjetas FUENTE DE ALIMENTACIÓN (OPCIONAL) Si bien en el caso de la placa USB no es preciso utilizar una fuente de alimentación externa, ya que el propio cable USB la proporciona, en el caso de la placa serie es necesario disponer de una fuente externa. Se puede utilizar una fuente de alimentación de corriente continua o una pila/batería con el conector apropiado. Se recomienda no obstante el uso de la primera ya que no tenemos que estar pendientes de sustituir las pilas en caso de que se queden sin carga. En ambos casos el voltaje de la fuente puede ser de entre 6 y 25 voltios, y la polaridad del conector debe ser como se indica en la imagen. Polaridad Fuente de alimentación Pila de +9V con conector Un tema muy importante a tener en cuenta es que en la placa USB se nos ofrece la posibilidad de alimentar la placa a través de una fuente de alimentación externa. En la imagen siguiente se muestra la posición en la que debe estar el jumper para que la alimentación de la placa se realice desde el cable USB. Si se coloca de en la otra posición posible la placa tomará la alimentación de la fuente externa. 3

4 Alimentación a través del cable USB PC / PORTÁTIL + ADAPTADOR SERIE-USB (OPCIONAL) Para programar la placa es necesario disponer de un PC o portátil con puerto serie y/o USB al que conectarla. Es necesario tener en cuenta el tipo de placa que tenemos a la hora de conectarla, así como la disponibilidad de puertos serie/usb de nuestro equipo. Hoy en día la mayoría de los PC-s disponen de puertos serie y USB, sin embargo suele ser difícil encontrar un portátil con puerto serie. En caso de utilizar una placa serie y de no disponer de puerto serie se hace necesario contar con un cable conversor serie-usb. Adaptador serie-usb. 4. Con qué elementos podemos interactuar? La placa Arduino está basada en el chip Atmega8 o Atmega168. Alrededor de uno de estos se monta toda la circuitería necesaria para poder sacarle el máximo partido. Tomamos como referencia la placa USB. 4

5 Comenzando en el sentido de las agujas del reloj desde el centro de la parte superior: Pin de referencia analógica (naranja) Señal de tierra digital (verde claro) Pines digitales 3-13 (verde) Pines digitales 1-2 / entrada y salida del puerto serie: TX/RX (verde oscuro) Botón de reset (azul oscuro) Entrada del circuito del programador serie (azul turquesa) Pines de entrada analógica 0-5 (azul claro) Pines de alimentación y tierra (fuerza: naranja, tierra: naranja claro) Entrada de la fuente de alimentación externa (9-12V DC) X1 (rosa) Conmuta entre fuente de alimentación externa o alimentación a través del puerto USB SV1 (violeta) Puerto USB (amarillo) 5

6 5. Placa de prototipos Esquema de la tarjeta Esta placa está pensada para poder incorporar hardware adicional al diseño base de la Arduino. Incorpora una matriz de agujeros en la que poder ensamblar nuestro hardware adicional. No dispone de puerto serie ni USB, por lo que es necesario disponer de otra placa para programar el chip. En su defecto se puede utilizar un programador paralelo o un AVR- ISP. Placa de prototipos 6

7 5.1 Bluetooh Es la última versión en la que se está trabajando. Elimina la necesidad de cables para comunicarse con un PC o cualquier otro dispositivo bluetooth, como por ejemplo un teléfono móvil. El diseño todavía hay que depurarlo, así que no están disponibles todavía ni el esquema ni los ficheros CAD. 5.2 Stand-alone (Autónoma) Si lo que quieres es utilizar directamente el chip Atmega8 sobre cualquier placa PCB o sobre una placa protoboard, sin utilizar las partes de la Arduino que no necesites, aquí tienes disponibles los esquemas y los ficheros CAD necesarios para hacerlo. Placa stand-alone 7

8 6. SOFTWARE 6.1 ENTORNO DE DESARROLLO Para programar la placa es necesario descargarse de la página web de Arduino ( el entorno de desarrollo (IDE). Se dispone de versiones para Windows y para MAC, así como las fuentes para compilarlas en LINUX. Entorno de desarrollo 8

9 6.2 DRIVERS USB (OPCIONAL) En caso disponer de una placa USB es necesario instalar los drivers FTDI. Estos drivers vienen incluidos en el paquete de Arduino mencionado en el apartado anterior. Existen en la web versiones para distintos sistemas operativos. 7 INSTALACIÓN 7.1 CONECTANDO LA PLACA PLACA SERIE En el caso de utilizar la placa serie, conectarla al PC es muy sencillo. Tan sólo es necesario utilizar el cable serie (ver apartado 2.1.2). El cable serie tiene dos conectores DB-9. Uno macho, que debe ir conectado a la placa Arduino y otro hembra que debe ir conectado al PC. Puerto serie Como se ha comentado con anterioridad, algunos PC-s y portátiles no disponen de de puerto serie por lo que se necesita un adaptador especial serie-usb. En la imagen siguiente se ve un ejemplo. Conexión a un portátil utilizando un adaptador serie-usb 9

10 7.2 PLACA USB En caso de utilizar la versión USB de la placa es necesario instalar los drivers del chip FTDI para que el PC la reconozca. Como hemos dicho en el apartado anterior, los drivers se deben descargar de la web de Arduino. En el caso de utilizar Windows es necesario descomprimir el fichero FTDI USB Drivers.zip en una carpeta temporal. Una vez descomprimidos se debe conectar la placa Arduino al puerto USB tal y como se muestra en la siguiente imagen. Puerto USB Chip FTDI Conexión a un portátil utilizando un puerto USB. Una vez conectada la placa al PC/portátil se iniciará de forma automática el Asistente para la instalación de nuevo Hardware de Windows. Cuando nos lo solicite tan sólo tenemos que indicarle la ubicación de la carpeta en la que previamente hemos descomprimido los drivers. En el caso de utilizar un MAC el procedimiento es un poco diferente. Hay que montar la imagen de disco FTDIUSBSerialDriver_v2_0_1.dmg y ejecutar el paquete FTDIUSBSerialDriver.pkg. 10

11 8 Instalación de Arduino en Windows 8.1 Introducción A continuación se muestran los pasos básicos para instalar Arduino en Windows. Esta guía se ha realizado utilizando Windows XP y la versión 0005 de la IDE de Arduino. NOTA - No conectes la placa todavía. NOTA - Para una explicación más detallada sobre como instalar la IDE de Arduino se recomienda visitar los siguiente enlaces: - Instalación en Windows - Instalación en Linux (Ubuntu) Pasos a seguir 1.- Descárgate la versión 0005 de la IDE de Arduino. 2.- Te recomiendo descomprimir el fichero en el directorio/carpeta raiz (c:\) manteniendo la estructura original. 3.- De entre todas las carpetas que se os habrán creado en C:\arduino-0005, cabe destacar las siguientes: C:\arduino-0005\bootloader --> Contiene el software necesario para cargar el firmware en el chip Atmega8, necesario para trabajar con Arduino. Sólo lo necesitaréis si os habéis montado la placa vosotros mismos o, si se os ha estropeado el chip, y habéis comprado uno nuevo. Más info: - Parallel port programmer - Bootloader C:\arduino-0005\drivers --> Contiene los drivers necesarios para hacer funcionar la placa Arduino con nuestro PC: giveio.zip y FTDI USB Drivers.zip Instalando giveio.zip: Descomprímelo en una carpeta temporal y ejecuta el fichero ginstall.bat Instalando FTDI USB Drivers.zip: Descomprímelo en una carpeta temporal, conecta la placa USB y se abrírá automáticamente el "Asistente para nuevo hardware encontrado": 11

12 Figura 1. Selecciona "No por el momento" y pulsa "Siguiente". Figura 2. Selecciona "Instalar desde una lista o ubicación específica (avanzado)" y pulsa "Siguiente". 12

13 Figura 3. Selecciona "Buscar el controlador más adecuado en estas ubicaciones" y pulsa "Examinar". Una vez que hayas seleccionado la carpeta temporal donde has descomprimido los drivers pulsa "Siguiente" Si todo ha ido bien el driver de la placa estará instalado. 8.2 CONFIGURACIÓN DE LAS COMUNICACIONES Lo primero que tenemos que hacer es configurar las comunicaciones entre la placa Arduino y el PC. Para ello deberemos abrir en el menú Tools las opciones Serial Port y Serial Monitor Baud Rate. En la primera de las dos opciones deberemos seleccionar el puerto serie al que está conectada nuestra placa. En Windows el puerto será COM1 o COM2 para la placa serie, COM3, COM4 para la placa USB (o para la placa serie conectada mediante un adaptador serie-usb). En MAC el puerto será algo parecido a /dev/cu.usbserial- 1B1 para la placa USB, o /dev/cu.usa19qw1b1p1.1 para la placa serie. Si se utiliza un adaptador serie-usb el nombre puede variar. 13

14 Configuración del puerto serie En Windows, si desconocemos el puerto al que está conectado nuestra placa podemos descubrirlo a través del Administrador de dispositivos. Administrador de dispositivos También debemos configurar la velocidad a la que la placa y el PC se comunican. Esto lo hacemos desde el menú Serial Monitor Baud Rate. El valor por defecto es de baudios. 14

15 8.3 Abrir la IDE de Arduino Configuración de la velocidad Ya sólo queda ejecutar el fichero Arduino.exe para abrir la interfaz. Una vez abierta sólo tenemos que configurar el puerto USB al que tenemos conectada la placa y empezar a trabajar. Figura 4. Interfaz de Arduino en Linux. Configuración del puerto USB. 15

16 Una vez descargado, para comenzar a trabajar con el entorno de desarrollo en Windows, tan sólo es necesario descomprimir el contenido del fichero comprimido en una carpeta de nuestro PC. Una vez descomprimido tan sólo es necesario ejecutar el fichero Arduino.EXE. Con MAC OS lo primero que hay que hacer es ejecutar el fichero macosx_setup.command que corrige los permisos en unos pocos ficheros para poder utilizar rl puerto serie. En el proceso se abrirá una ventana que solicitará la contraseña del usuario. Una vez ejecutado el script es necesario reiniciar el equipo. Una vez reiniciado el equipo tan sólo hay lanzar el fichero ejecutable. 8.4 ABRIENDO EL PRIMER EJEMPLO El primer paso para comprobar que todo lo que hemos hecho hasta ahora está bien y familiarizarnos con el interfaz de desarrollo, es abrir uno de los ejemplos. Se recomienda abrir el ejemplo led_blink. Para ello debemos acceder a través del menú File --> Sketchbook --> Examples --> led_blink Abriendo el primer ejemplo 16

17 Primer ejemplo: led_blink 8.5 SUBIENDO EL PROGRAMA DE EJEMPLO A LA PLACA ARDUINO El ejemplo led_blink lo único que hace es parpadear un LED que esté colocado en el pin número 13 de la placa. Vamos a ver qué hay que hacer para subir el programa a la placa Arduino. Primero comprobamos que el código fuente es el correcto. Para ello pulsamos el botón de verificación de código que tiene forma de triángulo inclinado 90 grados. Verificando el código fuente 17

18 Si todo va bien deberá aparecer un mensaje en la parte inferior de la interfaz indicando Done compiling. Comprobación correcta Una vez que el código ha sido verificado procederemos a cargarlo en la placa. Para ello tenemos que pulsar el botón de reset de la placa e inmediatamante después pulsar el botón que comienza la carga. Botón de reset Subiendo el programa a la placa Durante la carga del programa, en la placa USB, se encenderán los LED que indican que se están enviando y recibiendo información por el puerto serie: TX/RX. 18

19 Subiendo el programa Si todo se ha realizado correctamente debe aparecer un mensaje como el que se muestra a continuación: El programa se ha cargado correctamente en la placa Ahora tan sólo queda esperar unos 8 segundos aproximadamente para comprobar que todo ha salido bien. Si el led colocado en el pin 13 de la placa se enciende y se apaga cada segundo entonces todo ha ido bien. Por fin tenemos todo listo para empezar a trabajar con la placa Arduino. El led parpadea 19

20 9 Equivalencias de pines Cuando se programa la versión stand-alone hay que tener en cuenta que los comandos del software utilizan como parámetros los números de los pines según la numeración de la placa Arduino. Esta numeración no es la misma que la del Atmega8. El siguiente es un diagrama de equivalencias entre los pines de Arduino y los del Atmega8: Así, el comando: digitalwrite(13, HIGH); que en la placa Arduino encendería el pin 13 (con el LED), en la versión stand-alone pone 5 voltios en la pata 19 del Atmega8. 20

21 Documento elaborado a partir de los documentos: Guia Rapida para empezar a trabajar. Qué es Arduino?. Instalación en Windows de Igor González Martín. 02/11/2006 sacado de la web 21

22 Tarjeta ARDUCLEMA Cara de componentes 22

23 Tarjeta ARDUCLEMA Esquema 23

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