Processing y manejo de hardware

Transcripción

1 Processing y manejo de hardware Objetivo general. Interfaces y Periféricos. Guía 9. 1 Conocer una herramienta para el desarrollo de Interfaces en computadoras que se puedan comunicar con dispositivos periféricos (microcontroladores de Arduino). Objetivos Específicos. Facultad: Ingeniería Escuela: Electrónica Asignatura: Interfaces y Periféricos (IYP111). Lugar de Ejecución: Microprocesadores (3.23). Programar un sketch de ejemplo en Processing para manejo de colores de un LED RGB. Programar una tarjeta Arduino para obtener los niveles de brillo del LED RGB desde Processing. Diseñar una interfaz gráfica para obtener los datos de un Arduino que a su vez tiene conectado un LM35 para medición de temperatura. Programar una tarjeta Arduino para enviar los datos de un LM35 hacia la computadora. Diseñar una interfaz gráfica para el arranque, paro y modificación de la velocidad de la secuencia de bobinas de un motor Paso a Paso. Programar una tarjeta Arduino para obtener los comandos desde Processing y manejar los diodos LED que representarán la secuencia de las bobinas del motor Paso a Paso. Materiales y equipos. 1 Computadora con sistema operativo Linux o Windows y con el programa Arduino IDE y Processing 3 IDE instalado. 1 Cable USB (tipo A hacia tipo B). 1 Tarjeta Arduino UNO R2 o R3. 1 led RGB. 1 LM35. 1 Tarjeta I/O. 1 Breadboard. 1 Pinza punta plana. 1 Cortadora (pinza de corte diagonal). Cables UTP. 1 led RGB. Introducción Teórica. Funciones de transformación en Processing. scale(s) escala el sketch entero por un porcentaje (S) en forma decimal (por ejemplo, 80%=.80). rotate(r) Rota el sketch R radianes (3.14 radianes=180 grados) translate(x,y) Mueve el sketch X cantidad de píxeles sobre el eje X y Y píxeles sobre

2 2 Interfaces y Periféricos. Guía 9. el eje Y. Eventos para el manejo de periféricos de la computadora (ratón y teclado) Processing maneja funciones que atienden a ciertos eventos como el dar clic con el ratón, el presionar una tecla, etc. a continuación se enumeran algunos de estos eventos: Variables asociadas con el ratón y el teclado: mousex La coordenada x del ratón mientras está dentro de la ventana sketch. mousey La coordenada y del ratón mientras está dentro de la ventana sketch. pmousex La coordenada x del ratón de la trama anterior. pmousey La coordenada y del ratón de la trama anterior. key El valor numérico ASCII de una letra o número que ha sido presionado. Eventos del ratón: mouseclicked() El evento se dispara cuando el botón del ratón ha dado clic. mousedragged() El evento se dispara cuando el ratón se mueve mientras un botón se mantiene presionado. mousemoved() El evento se dispara cuando el ratón se mueve dentro de la ventana Sketch. mousepressed() El evento se dispara cuando el botón del ratón es presionado (Flanco). mousereleased() El evento se dispara cuando el botón del ratón es liberado (Flanco). void mousewheel(mouseevent event) Evento que maneja el movimiento del botón de scroll del ratón. Eventos del teclado: keypressed() Dispara un evento cuando es presionada una tecla. keyreleased() Dispara un evento cuando una tecla se libera. keytyped() Dispara un evento cuando una tecla es presionada y posteriormente liberada. Motores Paso a Paso: Los motores Paso a Paso son actuadores electromecánicos que pueden variar la posición angular de su eje por medio de la excitación de una corriente eléctrica circulando en una de sus cuatro bobinas, al hacerlo en secuencia, se puede obtener un giro en un sentido determinado, y al aumentar la frecuencia de la excitación de las bobinas puede incrementar su velocidad hasta un determinado límite. La tabla 1, muestra la secuencia de tipo wave drive que es la más sencilla para la programación de un dispositivo digital. PASO Bobina A Bobina B Bobina C Bobina D 1 ON OFF OFF OFF

3 Interfaces y Periféricos. Guía OFF ON OFF OFF 3 OFF OFF ON OFF 4 OFF OFF OFF ON Tabla 1. Secuencia de tipo Wave Drive para motores Paso a Paso. Procedimiento. Parte 1: Código de ejemplo en Processing, manejo de led RGB. 1. Encienda la computadora. Cuando cargue el sistema operativo utilice las siguientes credenciales: Usuario: usuario0 Contraseña: usuario 2. Abra el IDE de Processing con el icono correspondiente en la barra lateral en su computadora. 3. Copie el siguiente código del Listado 1 para el manejo de un LED RGB desde Processing. /*Programa para manejo de brillo de un led RGB Se requiere un Arduino con un LED RGB a los pines 3, 5 y 6 que manejarán respectivamente el led Rojo, Verde y Azul.*/ import processing.serial.*; Serial myport; //Crea un objeto de la clase Serial int rojo = 0; //datos enviados al puerto serie int verde = 0; //Corresponden a los niveles de brillo deseados int azul = 0; int xcirc1=150; //Coordenadas x,y de los centros de los círculos int xcirc2=300; //Estos círculos podrán cambiar su posición en y. int xcirc3=450; int ycirc1=280; int ycirc2=280; int ycirc3=280; void setup() size(600,300); //Tamaño de la ventana String portname = Serial.list()[0]; //Puerto serie, este puede ser 0 ó 1 myport = new Serial(this,portName,9600); //Objeto Serial

4 4 Interfaces y Periféricos. Guía 9. void draw() background(rojo,verde,azul); //Color de fondo dependiente de las variables fill(0); //Rellena la siguiente figura con el color negro. textalign(center); //Alineación de texto textsize(15); //Tamaño del texto text("programa para manejo de led RGB",0,0,600,20); //Texto explicativo de la GUI strokeweight(2); //Grueso de la línea stroke(100,125,75); //Definición del color de línea. line(0,20,600,20); //Dibuja la línea stroke(255,0,0); //Línea de color rojo strokecap(square); //Extremo de línea cuadrado strokeweight(15); //Grueso de la línea line(150,25,150,280); //Dibuja línea stroke(0,255,0); //Color de línea Verde strokecap(square); //Extremo de línea cuadrado strokeweight(15); //Grueso de línea line(300,25,300,280); //Dibuja línea stroke(0,0,255); //Color de línea azul strokecap(square); //Extremo de línea cuadrado strokeweight(15); //Grueso de línea line(450,25,450,280); //Dibuja línea nostroke(); //Sin línea de borde fill(255); //Fondo blanco ellipse(xcirc1,ycirc1,20,20); //Posición de círculos en parte inferior ellipse(xcirc2,ycirc2,20,20); ellipse(xcirc3,ycirc3,20,20); rojo=255-(ycirc1-25); verde=255-(ycirc2-25); azul=255-(ycirc3-25); //Cálculo de nivel de brillo //En dependencia del desplazamiento del círculo //Sobre la línea String outstring = str(rojo) + ',' + str(verde) + ',' + str(azul) + '\n'; myport.write(outstring); //Envío de los tres colores separados por comas y fin de línea println(outstring); //Envío del dato a la consola de Processing nostroke(); //Sin línea de borde String mensaje="r="+rojo+",g="+verde+",b="+azul; //Cadena con colores fill(0); //Color de texto textsize(10); //Tamaño de texto text(mensaje,3,160,120,50); //Texto enviado a la interfaz. void mousedragged() //Evento de arrastre de ratón if(mousebutton==left) //Consulta si fue el botón izquierdo. if(mousex>=142.5 && mousex<=157.5 && mousey>=25 && mousey<=280) ycirc1=mousey; //Se determina si está dentro de línea roja else if(mousex>=292.5 && mousex<=307.5 && mousey>=25 && mousey<=280) ycirc2=mousey; //Se determina si está dentro de línea verde else if(mousex>=442.5 && mousex<=457.5 && mousey>=25 && mousey<=280) ycirc3=mousey; //Se determina si está dentro de línea azul Listado 1. Código fuente para el envío de niveles de brillo RGB hacia Arduino. 4. Conecte el circuito de la figura 1.

5 Interfaces y Periféricos. Guía 9. 5 Figura 1. Conexión de módulo led RGB a Arduino (pines 3, 5 y 6). 5. Programe Arduino con el siguiente código del Listado 2 para manejar un led RGB conectado a sus pines: 3 para led rojo; 5 para led verde; 6 para led azul. //Programa para obtener niveles de brillo //Desde Interfaz de Processing para el manejo //de LED RGB int rojo = 0; //Variable que recibirá el nivel de rojo int verde = 0;//Variable que recibirá el nivel de verde int azul = 0; //Variable que recibirá el nivel de azul void setup() Serial.begin(9600); //Inicializa puerto serie a 9600 bps pinmode(3,output); //Pines 3, 5 y 6 como salidas pinmode(5,output); //Estos pines manejan PWM pinmode(6,output); void loop() analogwrite(3,255-rojo); //Por ser ánodo común es necesario analogwrite(5,255-verde);//hacer el valor complementario analogwrite(6,255-azul); if(serial.available() > 0) //Verifica si hay datos en buffer rojo = Serial.parseInt(); //toma los primeros 3, datos verde = Serial.parseInt();//y los convierte en enteros azul = Serial.parseInt(); Listado 2. Código de Arduino para recibir niveles de brillo desde Processing. 6. Conecte la tarjeta Arduino Uno al puerto USB de la computadora y prográmelo con el código del Listado Ejecute el programa de Processing y compruebe su funcionamiento.

6 6 Interfaces y Periféricos. Guía 9. Parte 2. Diseño de Interfaz para manejo de sensor de temperatura. 8. Conecte el circuito de la figura 2 (uso de sensor LM35). 9. Programe la tarjeta Arduino Uno de tal manera que pueda enviar el dato de la temperatura a la interfaz de Processing por medio del puerto serie. 10. Desconecte la tarjeta Arduino Uno de la computadora. Figura 2. Conexión LM35 a entrada analógica A1 del Arduino. 11. Diseñe una Interfaz gráfica de usuario que muestre la temperatura en una especie de termómetro dibujado con líneas y círculos con Processing. En este termómetro estará un rectángulo que variará su tamaño respecto a la temperatura obtenida desde un Arduino que tiene conectado un LM35. La lectura tendrá que ser mostrada por un texto en la parte externa del termómetro que irá modificando su posición junto con la temperatura mostrada. Para la escala del termómetro tiene que considerar la altura del rectángulo que se irá llenando. Se le solicita que presente la lectura en Grados Celsius y Fahrenheit. Para esto podrá tener dos posibilidades: Que exista un botón rectangular que al presionarlo cambie la lectura a grados Fahrenheit. Que hayan dos termómetros en la interfaz, uno que presente el dato en grados Celsius y otro en grados Fahrenheit. 12. Conecte la tarjeta Arduino Uno a la computadora. 13. Ejecute el programa de Processing y compruebe su funcionamiento. Parte 3. Diseño de Interfaz para el control de motores paso a paso. 14. Diseñe una Interfaz gráfica de usuario para el manejo de la secuencia de bobinas para un motor Paso a Paso en configuración Wave Drive (Refiérase a la Tabla 1 de la introducción teórica). En esta interfaz deberá existir un botón que arranque la secuencia, otro botón (o el mismo anterior) que la detenga; un botón que cambie el sentido de giro (secuencia hacia la izquierda cambia a la derecha y viceversa) y un scroll que maneje la velocidad

7 Interfaces y Periféricos. Guía 9. 7 de la secuencia desde la interfaz. Todo lo anterior debe tener textos que digan qué hace cada control. Para el cambio de la velocidad utilice el teclado con el evento de presionado de tecla y que se pregunte por la tecla cursor adelante para el incremento de una variable y por la tecla cursor atrás para decrementarla. 15. Programe la tarjeta Arduino Uno para el manejo de la secuencia y recepción de comandos desde Processing y conecte los leds a salidas digitales como la 2, 3, 4 y 5 con su respectiva resistencia en serie de 330 Ohms o en su defecto la tarjeta I/O. 16. Conecte la tarjeta Arduino Uno al puerto USB de la computadora. 17. Ejecute el programa de Processing y compruebe su funcionamiento. 18. Desarme y haga entrega del equipo que se le proporcionó en orden. 19. Apague la computadora, incluyendo el monitor. 20. Deje en orden su puesto de trabajo. Análisis de Resultados. 1. Realice el programa de ejemplo y los ejercicios complementarios. Actividad complementaria. 1. Investigue acerca de la librería de gráficos gicentreutils para gráficas en Processing, puede ver su sitio web en la siguiente dirección: 2. Investigue cómo realizar procesamiento de imágenes con Processing. Bibliografía. Referencia en línea del lenguaje: Massimo Banzi, Getting started with Arduino O'Reilly Media / Make Publisher, Marzo 2009, ISBN: Runberg, Derek, Sparkfun Guide to Processing: create interactive art with code, No Starch Press, Inc Referencia en línea de Processing: Tutoriales de Processing en línea:

8 8 Interfaces y Periféricos. Guía 9. Hoja de cotejo: 1 Guía 9: Processing y manejo de hardware. Alumno: Maquina N : Docente: GL: Fecha: EVALUACION % Nota CONOCIMIENTO APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO 25% Conocimiento deficiente de los fundamentos teóricos 70% ACTITUD 2.5% 2.5% TOTAL 100% No Terminó completamente el programa y comentó mal el código (30%) No realizó el circuito correctamente (40%) Es observador pasivo. un Es ordenado; pero no hace un uso adecuado de los recursos Conocimiento y explicación incompleta de los fundamentos teóricos Terminó completamente el programa pero los comentarios no estaban del todo correctos El circuito funcionó Participa ocasionalmente o lo hace constantemente pero sin coordinarse con su compañero. Hace un uso adecuado de los recursos, respeta las pautas de seguridad; pero es desordenado. Conocimiento completo y explicación clara de los fundamentos teóricos Terminó completamente el programa con sus comentarios correctos El funcionó circuito Participa propositiva e integralmente en toda la práctica. Hace un manejo responsable y adecuado de los recursos conforme a pautas de seguridad e higiene.