Tema: Interconexión a la PC mediante Arduino

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1 Interfaces y Periféricos, Guía 8 Facultad: Ingeniería Escuela: Electrónica Asignatura: Interfaces y Periféricos Tema: Interconexión a la PC mediante Arduino Objetivos Específicos Utilizar el puerto USB como mecanismo de comunicación externo Realizar programas de Visual Basic que se comuniquen con el Arduino Realizar sketches de Arduino que reciban ordenes y envíen datos a la PC Realizar aplicaciones de manejo de hardware externo combinando las plataformas Material y Equipo No Cantidad Descripción Computadora con sistema operativo Windows 98 o superior con el programa Arduino IDE Cable USB (tipo A hacia tipo B) Tarjeta Arduino UNO R2 LED Resistencias limitadoras de 4.7kΩ Potenciómetro de 5kΩ Introduccion Teorica Manejo de periféricos analógicos mediante Arduino. La plataforma Arduino, basada en el microcontrolador AVR, hereda la capacidad intrínseca de dicho microcontrolador para manejar periféricos analógicos mediante técnicas de conversión específicas. Dichas técnicas consisten en la conversión analógica a digital (ADC) y modulación por ancho de pulso (PWM). Cada una permite interactuar con periféricos analógicos que proveen información de entrada (ADC) o que aceptan información de salida (PWM). Conversión analógica a digital. El microcontrolador cuenta con un ADC integrado en el mismo chip, que permite tomar lecturas analógicas de de voltaje de un dispositivo que genere tensiones entre 0 y 5V. La

2 2 Interfaces y Periféricos, Guía 8 configuración de dicho módulo es automática, bastando solamente con invocar la función de lectura de datos, la cual se detalla a continuación: analogread(numero_pin): Realiza la lectura sobre el pin analógico que se le especifique (Solo se permiten los pines del A0 al A5). El valor que devuelve es un número entero proporcional al voltaje de entrada, de tal forma que si se introducen 0V devuelve un valor de 0 y si se introducen 5V devuelve un valor de 023, con todos los voltajes intermedios produciendo valores distribuidos linealmente a lo largo del intervalo. Nótese que no es necesario configurar previamente un pin analógico para poderlo usar con esta función. Advertencia: El rango válido para los voltajes de entrada es solamente de 0 a 5V. Si introduce voltajes negativos, o bien voltajes positivos arriba de 5V, podrá dañar de manera permanente el dispositivo. Modulación por ancho de pulso (PWM). El microcontrolador AVR cuenta también con dispositivos temporizadores que permiten generar señales externas, las cuales emplean la modulación por ancho de pulso para manejar cargas que sean compatibles con este esquema. Vale aclarar que la técnica en si, es completamente diferente de la conversión digital a analógica (DAC), puesto que no se generan tensiones analógicas (por ejemplo entre 0 y 5V) en ningún momento, sino que más bien la carga es encendida y apagada rápidamente, produciendo un efecto equivalente a proveer un nivel de potencia intermedio, que puede variar entre completamente apagado y completamente encendido. Además, de manera similar al ADC, los módulos temporizadores son inicializados de manera automática, bastando con invocar la función que se detalla a continuación: analogwrite(numero_pin, ciclo_de_trabajo): Genera una señal PWM sobre un pin digital que tenga esa capacidad (denotado con ~). El rango válido para el ciclo de trabajo va desde 0 (completamente apagado) hasta 255 (completamente encendido). Nótese que no todas las cargas son compatibles con la modulación PWM, por lo que se recomienda al estudiante que se informe antes de emplearla con algún dispositivo en particular. La técnica funciona bien con algunas cargas como LEDs y motores DC pequeños, mas no con con cargas como relés o motores DC sin escobillas (como los de los ventiladores para chasis de computadora). Procedimiento Parte I Lectura de entradas Analógicas.. Proceda a ensamblar el siguiente circuito junto con el Arduino. Si cuenta con un potenciómetro que permita conectar cables directamente a él, puede conectarlo directamente al Arduino sin una breadboard. Recuerde que no es necesaria una fuente de suministro externa.

3 Interfaces y Periféricos, Guía 8 3 Figura. Diagrama de Circuito para la parte. 2. Abra Visual Basic y genere el siguiente formulario, a continuación introduzca el siguiente código fuente en el mismo: Figura 2. Formulario para la primera parte. Private Sub Form_Load() Timer.Interval = 400 MSComm.CommPort = 4 'Ajustar al puerto real de su Arduino en su PC MSComm.Settings = "9600,n,8," MSComm.InputMode = cominputmodetext MSComm.PortOpen = True Private Sub Timer_Timer() Dim valor As Integer Dim voltaje As Single 'Verifica si existen datos en el buffer del puerto If MSComm.InBufferCount <> 0 Then 'Si existen datos, los retira valor = MSComm.Input 'Calcula el nivel de tension que obtuvo el ADC voltaje = valor / 023 * 5 'Actualiza la ventana con la informacion recibida Text.Text = valor Text2.Text = Round(voltaje, 2) End If Listado. Programa de Visual Basic de la primera parte.

4 4 Interfaces y Periféricos, Guía 8 3. A continuación abra el Arduino IDE e introduzca el siguiente sketch. void setup() { //Inicializa el puerto serie Serial.begin(9600); void loop() { int lectura; //Toma la lectura del ADC lectura = analogread(0); //Envia el dato leido Serial.print(lectura); //Genera un retardo breve delay(500); Listado 2. Sketch de Arduino para la primera parte. 4. Conecte el cable USB y descargue el sketch al Arduino. Ejecute el programa en Visual Basic y observe el valor que se presenta en la ventana. 5. Varíe el potenciómetro y vea cómo cambia el valor visualizado en pantalla. 6. Modifique el formulario para que muestre una barra de desplazamiento horizontal (o el control de su elección) que represente la posición relativa del potenciómetro. Notifique a su docente cuando termine el programa para que le sea evaluado. Parte 2 - Control de salidas mediante PWM. 7. Desconecte la tarjeta Arduino del puerto USB y proceda a armar el siguiente circuito (una vez más, el circuito no requiere de fuente externa). Figura 3. Diagrama de circuito para la segunda parte. 8. A continuación genere un nuevo proyecto en Visual Basic. Genere el siguiente formulario e introduzca el código mostrado más adelante.

5 Interfaces y Periféricos, Guía 8 5 Figura 4. Formulario del programa para la segunda parte. Private Sub Form_Load() MSComm.CommPort = 4 'Ajustar al puerto real de su PC MSComm.Settings = "9600,n,8," MSComm.InputMode = cominputmodebinary MSComm.PortOpen = True VScroll.Min = 0 VScroll.Max = 5 VScroll2.Min = 0 VScroll2.Max = 5 VScroll3.Min = 0 VScroll3.Max = 5 VScroll4.Min = 0 VScroll4.Max = 5 Private Sub VScroll_Change() 'Define en un vector de dato el dato a enviar Dim dato_enviado(0) As Byte 'Coloca el dato en el vector dato_enviado(0) = VScroll.Value + 0 * 6 'Envia el dato MSComm.Output = dato_enviado 'Actualiza la pantalla Label.Caption = VScroll.Value Private Sub VScroll2_Change() Dim dato_enviado(0) As Byte dato_enviado(0) = VScroll2.Value + * 6 MSComm.Output = dato_enviado Private Sub VScroll3_Change() Dim dato_enviado(0) As Byte

6 6 Interfaces y Periféricos, Guía 8 dato_enviado(0) = VScroll3.Value + 2 * 6 MSComm.Output = dato_enviado Private Sub VScroll4_Change() Dim dato_enviado(0) As Byte dato_enviado(0) = VScroll4.Value + 3 * 6 MSComm.Output = dato_enviado Listado 3. Programa de Visual Basic para la segunda parte. 9. Luego cree un nuevo sketch en el Arduino IDE y coloque el siguiente programa: void setup() { //Inicializa el puerto serie Serial.begin(9600); void loop() { int dato; int num_led; int brillo; //Realiza el proceso solo si se reciben datos if (Serial.available()) { //Toma el byte del puerto dato = Serial.read(); //Extrae los 4 MSB para el numero de LED num_led = dato >> 4; //Extrae los 4 LSB para el valor de brillo brillo = dato & 0x0F; //Ajusta el brillo segun el LED seleccionado switch(num_led) { case 0: analogwrite(9, brillo << 4); break; case : analogwrite(6, brillo << 4); break; case 2: analogwrite(5, brillo << 4); break; case 3: analogwrite(3, brillo << 4); break; Listado 4. Sketch de Arduino para la segunda parte. 0.Conecte el cable USB al Arduino y suba el sketch al mismo. Corra el programa de Visual Basic y deslice las barras de desplazamiento. Note lo que ocurre con los LEDs al variar las barras.. Esta vez, modifique el programa de Visual Basic para generar un efecto de parpadeo atenuado en uno de los LEDs, mediante un Timer que varíe el brillo automáticamente cada 0.5s. Notifique a su docente cuando lo termine para que le sea evaluado.

7 Interfaces y Periféricos, Guía Desconecte la tarjeta de Arduino de su PC y desarme el circuito. Luego apague la PC y deje en orden su puesto de trabajo. Análisis de Resultados. De qué manera se realiza la lectura de los datos en la primera parte? Cómo se consigue sincronizar ambos extremos? 2. Qué proceso se realiza para combinar el valor de brillo de cada LED con su posición relativa al transmitir? De qué manera realiza el Arduino la separación de esta información? Investigación Complementaria. Determine cómo se puede hacer para agregar entradas y salidas adicionales en los programas de la primera y segunda parte. Bibliografía Sitio web de los desarrolladores: Referencia en línea del lenguaje: Massimo Banzi, Getting started with Arduino O'Reilly Media / Make Publisher, Marzo 2009, ISBN:

8 8 Interfaces y Periféricos, Guía 8 Hoja de cotejo: 8 Guía 8: Interconexión a la PC mediante Arduino Alumno: Maquina No: Docente: GL: Fecha: EVALUACION % Not a CONOCIMIEN TO 25% Conocimiento deficiente de los fundamentos Conocimiento y explicación incompleta Conocimiento completo y explicación clara de los teóricos de los fundamentos fundamentos teóricos teóricos APLICACIÓN DEL CONOCIMIEN TO 70% No finalizó los programas de aplicación Terminó parcialmente los programas de aplicación Terminó completamente los programas de aplicación ACTITUD 2.5% Es un observador pasivo. Participa ocasionalmente o lo hace constantemente pero sin coordinarse con su compañero. Participa propositiva e integralmente en toda la práctica. 2.5% Es ordenado; pero no hace un uso adecuado de los recursos TOTAL 00 % Hace un uso adecuado de los recursos, respeta las pautas de seguridad; pero es desordenado. Hace un manejo responsable y adecuado de los recursos conforme a pautas de seguridad e higiene.