Iniciativa Focus Curso Arduino · Índice Introducción ¿Qué es Arduino? ¿Cómo se programa...

Curso Arduino Iniciativa FocusMiguel Ángel Torres de la Cámara

http://openmechatronics.wordpress.com/iniciativa-focus-uma/



Índice● Introducción● ¿Qué es Arduino?● ¿Cómo se programa Arduino?● Primer programa en Arduino● Manejo de leds● Manejo de los pulsadores● Aprender a usar los servomotores● Manejo del mando de la wii● Trucar un servomotor● Manejo de motores

Curso Arduino Iniciativa FocusMiguel Ángel Torres

¿Quiénes somos?● Iniciativa Focus (Formación Cultura y Solidaridad)● Buscamos difundir el conocimiento libre

En la universidad de Málaga: http://openmechatronics.wordpress.com/iniciativa-focus-uma/

A nivel mundial en:http://iniciativafocus.org/

Agradecimientos a: Juan Antonio Infantes y a Óscar Ramírez :)





http://iniciativafocus.org/

http://iniciativafocus.org/

Introducción a los microcontroladores● Es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes

grabadas en su memoria. ● Bajo consumo● Podemos manejar multitud de actuadores, sensores...


http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado

Introducción a los microcontroladores● ¿Cómo se programan?● Entornos de desarrollo a medida para cada micro● Precios caros● Placas de desarrollo caras.


Solución => Arduino● Arduino se presenta como la solución para iniciarse al mundo de la

electrónica/robótica con un bajo coste.● Utiliza Software y Hardware libre, con lo que igual nos sirve para un diseño

pequeño que para un sistema que va a controlar algo importante.● Tiene una comunidad muy grande desarrollando librerías, lo que la hacen

un buen punto de partida.


Arduino● Está compuesto de:

○ Entorno de desarrollo (software)○ Placa de desarrollo

■ Microcontrolador■ Circuitería necesaría para acceder rápidamente a las E/S


Entorno de Arduino


Arduino● Microcontrolador ATmega328● Voltaje de operación: 5V● Voltaje (recomendado): 7-12V● Voltaje (limite): 6-20V● Pines digitales I/O: 14● (6 PWM)● Pines Analógicos: 6● Intensidad por I/O Pin: 40 mA● Intensidad del pin 3.3V: 50 mA● Memoria flash: 32 KB● SRAM: 2 KB● EEPROM 1 KB● Velocidad Reloj: 16 MHz● Montaje superficial o dual in● line


Focusduino● 5 Botones:

○ 1 Reset○ 1 digital(pin 2)○ 3 analógicos(pin analogico 0)

● Control de 2 Motores● Entradas de 2 Servos● Pines conector nunchuck (I2C)● 5 Leds superficie controlables● 6 PWM en los puertos 3,5,6,9,10 y 11 ● 6 entradas analógicas


Extensiones para Arduino● Comunicaciones:

○ Placa Bluetooth○ Zigbee○ Ethernet○ Wifi○ RS 232

● Sensores: luz, temperatura, movimiento, sonido, ultrasonido, IR...

● Actuadores: control de motores, controlador servos...● Pantallas...


¿Qué podemos hacer con Arduino?

Controlar nuestra casa:○ opendomotica.wordpress.com (Juan Antonio Infantes)

Cualquier proyecto de robótica:○ openmechatronics.wordpress.com (Miguel Ángel Torres)

Todo lo que se nos ocurra:○ arduino.cc (Comunidad Arduino)


Programación de ArduinoFunciones principales de Arduino:● void setup()

○ Define las condiciones iniciales del microcontrolador, es decir especifica que pines se van a utilizar y con qué fin (Entrada o Salida).

○ También se usa para inicializar las conexiones, por ejemplo para la comunicación serial, o bluetooth por ejemplo.

● void loop()○ Define la lógica del programa que queremos ejecutar (main).


Programación de ArduinoConstantes:

● INPUT: Entrada● OUTPUT: Salida● HIGH: Valor digital alto (5 v)● LOW: Valor digital bajo (0 v)● true: Verdadero● false: Falso


http://arduino.cc/en/Reference/Constants










Programación de ArduinoVariables:

● boolean● char● byte● int● double● long


http://arduino.cc/en/Reference/BooleanVariables

http://arduino.cc/en/Reference/BooleanVariables

http://arduino.cc/en/Reference/Char

http://arduino.cc/en/Reference/Char

http://arduino.cc/en/Reference/Byte

http://arduino.cc/en/Reference/Byte

http://arduino.cc/en/Reference/Int

http://arduino.cc/en/Reference/Int

Programación de ArduinoSecuencias:

● if● if...else● for● switch case● while● do... while


http://arduino.cc/en/Reference/If

http://arduino.cc/en/Reference/If

http://arduino.cc/en/Reference/Else

http://arduino.cc/en/Reference/Else

http://arduino.cc/en/Reference/For


http://arduino.cc/en/Reference/SwitchCase

http://arduino.cc/en/Reference/SwitchCase

http://arduino.cc/en/Reference/While

http://arduino.cc/en/Reference/While

http://arduino.cc/en/Reference/DoWhile


Programación de ArduinoFunciones:

● Digitales:○ pinMode() ○ digitalWrite()○ digitalRead()

● Analógicas○ analogRead()○ analogWrite()

● Time○ delay()○ delayMicroseconds()



Programación de ArduinopinMode():

Se utiliza para definir si el puerto (pin) va a ser utilizado para entrada de datos (INPUT) o salida (OUTPUT).Va dentro del setup, ya que no podremos utilizar un pin hasta que no esté indicado si es de entrada o de salida.

Ejemplo:

short int led = 13;

void setup(){ pinMode(led,OUTPUT);}




Programación de ArduinodigitalWrite():

Se utiliza para sacar un valor lógico por un pin, es decir, poner a valor alto (HIGH) o bajo (LOW) un pin.Ejemplo:short int Led = 13;---if (alarma==true){ digitalWrite(Led,HIGH);}else{ digitalWrite(Led,LOW); }




Programación de ArduinodigitalRead():

Devuelve un valor lógico leido desde un pin, es decir, leemos un valor HIGH (5V) o un valor LOW (0V).Ejemplo:short int Led = 13;int Alarma = 12;int val = 0;---val = digitalRead(Alarma);if (val){ digitalWrite(Led,HIGH);}else{ digitalWrite(Led,LOW);}




Programación de ArduinoanalogRead():

Función para leer valores analógicos por los pines correspondientes.Ejemplo:

void loop(){int valor = analogRead(0); //La variable valor corresponde a la entrada analogica 0if(valor > 250){

digitalWrite(13, HIGH);}else {

digitalWrite(13, LOW);}}




Ejemplo//Encender el led 13.

void setup(){pinMode(13, OUTPUT); // Vamos a usar el pin 13 en modo salida}

void loop(){digitalWrite(13, HIGH); //Configura el pin digital 13 a 1 (high)}


Manejo de leds● Tenemos 5 led en la placa que podemos controlar de la siguiente forma:

○ Led 10 -> Pin digital 10○ Led 9 -> Pin digital 9○ Led 6 -> Pin digital 6○ Led 5 -> Pin digital 5○ Led L -> Pin digital 13


Nuestro primer programa● Siguiendo la estructura explicada anteriormente:

void setup(){pinMode(13, OUTPUT); // Vamos a usar el pin 13 en modo salida}

void loop(){digitalWrite(13, HIGH); //Configura el pin digital 13 a 1 (high = encendido)}

Hacer parpadear el LED 6 con una frecuencia de 1.5 segundosSabiendo que la función retardo es: delay("tiempo en milisegundos")


Segundo programa● Hacer parpadear todos los leds de forma desfasada (una feria!)


Serial Monitor● Para ver desde el ordenador qué está pasando en Arduino podemos

mostrar a través del Monitor Serial una variable, un estado, un texto...● Para inicializar el Serial debemos configurarlo en void setup()

void setup(){Serial.begin(9600); // Inicializa el Serial y establece la velocidad a 9600 baud}

● Para comunicarnos con el ordenador siempre vamos a usar 9600 baud de velocidad, para otros dispositivos dependerá de las especificaciones.

● Baud = bits por segundo


Serial Monitor II● Una vez inicializado podremos leer o escribir:

int lectura; // Declaramos la variable para almacenar el número que leemos

void setup(){Serial.begin(9600); // Inicializa el Serial y establece la velocidad a 9600 baud}

void loop(){Serial.print("Bienvenidos al curso. ") //Imprime "Bienvenidos al curso"lectura = Serial.read(); //Almacena en lectura un entero leidoSerial.println(lectura); //Imprime el valor de lectura y hace retorno de carro}


Programa 3.1. Mostrar por puerto serie el valor analógico de pulsar cada uno de los

pulsadores conectados al puerto 0 analógico.


Pulsadores● Nuestra placa tiene 5 pulsadores:

○ 1 Reset (esencial en todos los prototipos autónomos)

○ 1 Pulsador digital (correspondiente al pin digital 2 si lo pulsamos manda un 1 sino un 0.

○ 3 Pulsadores Analógicos correspondiente al pin analógico 0 (dependiendo cuál pulsemos dejaremos pasar más o menos, desde 0 a 1023)

● Podemos usar los pulsadores para interactuar con la placa.


Pulsadores II● ¿Cómo usar los pulsadores analógicos?● Función para saber si está pulsado el pulsador 2.

boolean pulsado(int pulsador){ int valor = analogRead(0); //Lectura analógica del pin 0if(pulsador == 2 && (valor < 280 && valor > 10)){

return true; }return false;

}

void loop {int pulsador2 = 2;if (pulsado(pulsador2)) //Si está pulsado el pulsador 2 devolverá true.

Serial.println("Se ha pulsado el pulsador 2");}

Completar la función para los pulsadores 3 y 4 3 -> (280, 500) 4-> (500, 1023)

Curso Arduino Iniciativa Focus

Miguel Ángel Torres

Función pulsadores● Función completa para pulsadores analógicos

Seguiría este formato: /* if(pulsado(pulsador5){ } */

boolean pulsado(int pulsador){ int valor = analogRead(0); //Lectura analógica del pin 0if(pulsador == 1 && (valor < 280 && valor > 10)){

return true; }else if(pulsador == 2 && (valor > 280 && valor < 500)){

return true;}else if(pulsador == 3 && (valor > 500)){

return true;}

else {return false;

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Programa 5● Ahora que ya sabemos manejar los pulsadores podemos hacer programas

más interactivos.

● Programar la placa para que mientras esté pulsado el pulsador analógico se encienda un led:○ pulsador 1 -> led 5○ pulsador 2 -> led 6○ pulsador 3 -> led 9○ pulsador digital -> led 10


ComunicaciónExisten muchas formas de comunicar dos arduinos, o una red entera, lo podemos hacer mediante Zigbee, I2C, RS232, Bluetooth...

Pero existe una forma muy rudimentaria pero que no necesita ningún controlador de comunicación. Simplemente enviando una señal cuadrada (1 y 0) podemos comunicar dos placas estableciendo nuestro propio protocolo.

Por ejemplo, recibo 1 durante 200 ms después 0 durante 50 ms entonces eso significa que debo encender el led 10.


Programa 4 (un poco más complejo)

Comunicar vuestro Arduino con el de un compañero, establecer para ello un emisor (el Arduino que va a enviar la señal) y un receptor (Arduino que leerá la señal establecida).

Esta será la señal: si pulso el pulsador 2 envío HIGH durante 200 ms después 0 durante 50 ms entonces eso significa que debo encender el led 10.

4.a -> Programa en el arduino emisor, envía a través del pin 8 la señal si se pulsa el pulsador 2.

4.b -> Programa en el arduino receptor, recibe a través del pin 4 la señal y enciende el LED 10 si la señal es la esperada.


Resumen● Dos funciones principales void setup() y void loop()● Declaramos lo que vamos a usar en void setup: pinMode(led5, OUTPUT);● Control de los pines digitales:

○ digitalWrite(npin, HIGH);○ digitalWrite(npin, LOW);

● Podemos mostrar por pantalla variables o lo que queramos:○ Serial.begin(9600);○ Serial.read();○ Serial.println(variable);

● Lecturas analógicas para los pulsadores por ejemplo:○ variable_lectura = analogRead(pinanalogico);


Servomotores


Motor DC

Controlador

Reductora

Servomotores II● El servo tiene 3 cables:

Marrón -> GNDRojo -> 5vAmarillo -> Señal

● Se controla mediante PWM (modulación por ancho de pulso). Variando la anchura del pulso se puede controlar el sentido de giro y la posición.

● Tiene un campo de giro de 180 º● Lo podemos convertir en un motor

de movimiento continuo conmucha fuerza.


Nuestro servomor● Tiene 1.6 kg de torque máximo.● Tiene un tamaño reducido.● Es barato: 7€ en cooking-hacks.

com: http://www.cooking-hacks.com/index.php/shop/robotics/servos/mini-servo-mystery-9g-1-3-kg-torque.html

● Tiene un campo de giro de 180 º● Lo podemos conectar a nuestro

Focusduino● Lo controlamos mediante la librería

Servo.h● Lo podemos convertir en un motor

DC conmucha fuerza.


http://www.cooking-hacks.com/index.php/shop/robotics/servos/mini-servo-mystery-9g-1-3-kg-torque.html





Conexión con Arduino● Podremos conectarlo a las dos

entradas queexisten en nuesta placa. Comprobaremos en primerlugar que se corresponda la pata de GND con el cable marrón.

● Podremos conectar 2 servos.● El servo1 se corresponde con el pin

digital 3.● El servo2 se corresponde con el pin

digital 11.● En un arduino convencional lo

conectaremosa cualquier pin digital con PWM (~)● Para programarlo usaremos la

librería:<Servo.h>


Programación servos


#include <Servo.h> //Librería Servo s1; //Declaramos servo 1Servo s2; //Declaramos servo 2 int pos1 = 0; // Posicion servo 1 (0º/180º) void setup() { s1.attach(3); // s1 se controla con el pin 3 en nuestra placa s2.attach(11); // s2 se controla con el pin 11 en nuestra placa} void loop() { s1.write(pos1); // coloca el servo en la posicion indicada}

Problema 6Ahora que ya sabemos cómo controlar la posición de los servos, hacer un programa que haga moverse el servo1 desde 0º hasta 180º y vuelta (de 10 en 10 grados cada 200 ms), y el servo2 igual pero desfasado 180º.


Problema 6 bControlar la posición de los servos mediante los pulsadores:

Si se pulsa el pulsador 1 -> servo s1 -> 0ºSi se pulsa el pulsador 2 -> servo s1 -> 90ºSi se pulsa el pulsador 3 -> servo s1 -> 180º


Nunchuck● Acelerómetro● Joystick● 2 botones

Podremos conectarlo a nuestro arduino y leer todos los datos.

Para ello necesitaremos el adaptador.


Conexión nunchuckPara conectar el nunchuck con nuestro focusduino es tan fácil como conectar la clavija en el adaptador que hemos preparado, prestando especial atención en que coincida siempre GND con GND del adaptador (tiene que quedar hacia fuera)

Quienes tengan un Arduino convencional tendrán que hacer uso de la protoboard.

Librería nunchuckPara leer los valores del mando necesitaremos hacer uso de la librería WiiNchuck. La podréis descargar desde la página del curso:

openmechatronics.wordpress.com/iniciativa-focus-uma/

Para poder usar la librería WiiNchuck hay que incluirla en la ruta ~/libraries/ de nuestra carpeta de Arduino y reiniciar el programa de Arduino.


Librería nunchuckUtilidades de la librería WiiNChuck.h:

● void begin() ● void update()● int JoyX()● int JoyY()● int AccelX()● int AccelY()● int AccelZ()● bool CButton()● bool ZButton()

Librería nunchuckPara pintar los datos por serie:

● void Print_All()● void Print_Space()● void Print_JoyX()● void Print_JoyY()● void Print_AccelX()● void Print_AccelZ()● void Print_CButton()● void Print_ZButton()

Librería nunchuck● void begin()

Con este método inicializamos el nunchuck para empezar a enviar. Siempre se coloca en la parte de configuración. Ej.:WiiNChuck chuck; //chuck va a ser nuestro mando

void setup(){chuck.begin(); //empieza a enviar

}

Librería nunchuck● void update()

Con este método actualizamos los valores recibidos desde el nunchuck. Siempre se coloca en la parte de ejecución. Ej.:WiiNChuck chuck;

void setup(){chuck.begin();

} void loop(){chuck.update(); }

Librería nunchuckEstructura básica para utilizar la libreria:

#include <WiiNChuck.h>#include <Wire.h> //esta librería está incluida y nos permite comunicarnos por el puerto I2C

WiiNChuck chuck;void setup(){ Wire.begin(); chuck.begin();}void loop(){

chuck.update();//utilización del nunchuck}

Librería nunchuck● int JoyX():

Este metodo nos devuelve el valor leido del eje X del joystick.

Se usa despues de usar el metodo update().Ej.:

WiiNChuck chuck;int ejeX;void setup(){ Wire.begin();

chuck.begin();} void loop(){ chuck.update(); ejeX=chuck.JoyX();}

Librería nunchuck● int JoyY():

Este metodo nos devuelve el valor leido del eje Y del joystick.


WiiNChuck chuck;int ejeY;void setup(){ Wire.begin();

chuck.begin();} void loop(){ chuck.update(); ejeY=chuck.JoyY();}

Librería nunchuck● int AccelX():

Este metodo nos devuelve el valor leido del eje X del acelerómetro.


WiiNChuck chuck;int accelX;void setup(){ Wire.begin();

chuck.begin();} void loop(){ chuck.update(); accelX=chuck.AccelX();}

Librería nunchuck● int AccelY():

Este metodo nos devuelve el valor leido del eje Y del acelerómetro.


WiiNChuck chuck;int accelY;void setup(){ Wire.begin();

chuck.begin();} void loop(){ chuck.update(); accelY=chuck.AccelY();}

Librería nunchuck● int AccelZ():

Este metodo nos devuelve el valor leido del eje Z del acelerómetro.


WiiNChuck chuck;int accelZ;void setup(){ Wire.begin();

chuck.begin();} void loop(){ chuck.update(); accelZ=chuck.AccelZ();}

Librería nunchuck● bool CButton():

Este metodo nos devuelve el valor leido del botón C, 1 si está pulsado y 0 si está suelto Se usa despues de usar el metodo update().Ej.:

WiiNChuck chuck;int botC;void setup(){ Wire.begin();

chuck.begin();} void loop(){ chuck.update(); botC=chuck.CButton();}

Librería nunchuck● void Print_All()

Todas las funciones que empiezan por Print usan el protocolo Serie para mostrar los valores. Ej.:void setup(){Wire.begin();chuck.begin();Serial.begin(9600);}void loop(){chuck.Print_All();}

Ejercicios nunchuck● 1.- Mostrar y apuntar los valores máximos y minimos de nuestro nunchuck

mostrando los valores por Serie.● ● 2.- Encender un led diferente con cada botón pulsado.● ● 3.-Mover los 2 servo motores con el joystick uno conectado al eje X y otro al eje

Y

Trucar un servomotor


1. Debemos quitarle los 4 tornillos inferiores2. Sacamos la tapa superior.3. Extraemos el primer rodamiento que

podemos sacar, el que genera el último movimiento.

4. En el rodamiento encontramos un saliente que hace de tope, lo eliminamos con un cúter o una tenaza, limamos la zona para que esté totalmente lisa,

5. Ya tenemos eliminada la parte mecánica ahora, sólo falta la electrónica.

6. Sacamos la placa controladora y a su vez el potenciómetro.

7. Cortamos los cables, y soldamos el negro y el rojo a las patillas del motor.

8. Volvemos a ensamblarlo todo, y listo!

Control de Motores


● Los motores cambian su velocidad según el voltaje que se les suministre.

● Los motores cambian su sentido invirtiendo su polaridad.● Para mover un motor en un sentido hay que meter en un pin un valor

bajo (LOW) y en el otro un valor alto (HIGH).● Para cambiar la velocidad del motor se usa las entradas

correspondientes con la función analogWrite(pin,num), pudiendo cambiar el numero entre 0 y 255.

Para nuestros servos es necesario más de 50 para empezar a moverse

Control de Motor 1


● Controlar la dirección de giro (pines 5 y 6)

int m11=5, m12=6; //motor1dirección1 = pindig5 <-> motor1dirección2 = pindig6 void setup(){

pinMode(m11,OUTPUT);pinMode(m12,OUTPUT);

}void loop(){ digitalWrite(m11,LOW); digitalWrite(m12,HIGH); delay(1000); //avanza hacia delante 1 seg digitalWrite(m11,HIGH); digitalWrite(m12,LOW); delay(2000); //avanza hacia atrás 2 seg}

Control de Motor 1


● Controlar la velocidad de giro (pines 5 y 6)

int m11=5, m12=6; //motor1dirección1 = pindig5 <-> motor1dirección2 = pindig6int vel = 150; //configura la velocidad del motor void setup(){


}void loop(){ digitalWrite(m11,LOW); analogWrite(m12, vel); //Avanza a velocidad = vel delay(1000); //avanza hacia delante 1 seg analogWrite(m11, vel); //Retrocede a velocidad = vel digitalWrite(m12,LOW); delay(2000); //avanza hacia atrás 2 seg}

Control de Motor 2


● Controlar la dirección de giro (pines 9 y 10)

int m21=9, m22=10; //motor2dirección1 = pindig9 <-> motor2dirección2 = pindig10 void setup(){


}void loop(){ digitalWrite(m21,LOW); digitalWrite(m22,HIGH); delay(1000); //avanza hacia delante 1 seg digitalWrite(m21,HIGH); digitalWrite(m22,LOW); delay(2000); //avanza hacia atrás 2 seg}

Control de Motor 2


● Controlar la velocidad de giro (pines 9 y 10)

int m21=9, m22=10; //motor2dirección1 = pindig9 <-> motor2dirección2 = pindig10int vel = 190; //configura la velocidad del motor void setup(){


}void loop(){ digitalWrite(m21,LOW); analogWrite(m22, vel); //Avanza a velocidad = vel delay(1000); //avanza hacia delante 1 seg analogWrite(m21, vel); //Retrocede a velocidad = vel digitalWrite(m22,LOW); delay(2000); //avanza hacia atrás 2 seg}

Ejercicio Motores


1. Mover el motor 1 hacia adelante y el 2 hacia atrás, cuando se pulsa el botón digital se cambian los sentido.

2. Hacer avanzar el motor 1 a velocidad baja (80) mientras esté pulsado el pulsador 1, si está pulsado el pulsador 2 cambiar a velocidad 150 y si está pulsado el 3 avanzar a máxima velocidad (255).

3. Controlar con el acelerómetro Y del nunchuck que avance o retrocedan los dos motores, y con el acelerómetro X que avance el motor derecho o izquierdo.

Montaje del robot


Referencias


● Curso Arduino Iniciativa Focus año 2010 (Juan Antonio y Óscar)● www.arduino.cc● openmechatronics.wordpress.com

Gracias!


Todos los ejercicios, librerías, esta presentación y muchos más proyectos con arduino estarán en la página:

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