Laboratorio de Electrónica de Potencia y Calidad de la EnergíaUniversidad de Castilla-La Mancha

Uso de la plataforma hardware/software Arduino para

aplicaciones didácticas en el ámbito de la energía y la

eficiencia energética

Xavier del Toro García1, María José Santofimia Romero2, David Villa Alises2

1Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica, Automática y Comunicaciones

Instituto de Investigaciones Energéticas y Aplicaciones Industriales

2Departamento de Tecnologías y Sistemas de Información,

Escuela Superior de Informática

Universidad de Castilla La-Mancha, Campus de Ciudad Real

Email: xavier.deltoro@uclm.es

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Índice

• Antecedentes.

• ¿Qué es Arduino?

• Interacción con el entorno: entradas y salidas.

• Programación.

• Aplicación en proyectos de energía y medioambiente.

• Arduino en la docencia de la UCLM.

• Conclusiones.

• Trabajos futuros.

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Antecedentes

• Proyecto Fin de Carrera (1998): Estación meteorológica de bolsillo.

• Sistema basado en microcontrolador: PIC17C765 de Microchip.

• Integraba 5 placas de circuito impreso diseñadas y fabricada “artesanalmente” y

una pantalla de matriz de puntos.

• Programa en ensamblador de 8KiB (¡8000 líneas!).

• No se disponia del emulador para depurar el programa.

• Trabajo a tiempo completo 2 personas x 1 año.

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“Arduino is an open-source

electronics prototyping platform

based on flexible, easy-to-use

hardware and software. It’s intended

for artists, designers, hobbyists an

anyone interested in creating

interactive objects and

environments.” (www.arduino.cc)

¿Qué es Arduino?

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• Plataforma hardware/software de diseño abierto.

• Permite desarrollar y construir proyectos de

electrónica de forma rápida y fácil.

• No requiere conocimientos avanzados de

electrónica ni de programación.

• Gran cantidad de tutoriales, videos, ejemplos,

complementos (shields), kits y usuarios que

comparten información.

Modelo básico: Arduino Uno

Basado en el microcontrolador de 8 bits

ATmega328 de Atmega.

Coste: 20€+IVA (arduino.cc).

Software gratuito disponible en web.

Alimentación y comunicación via USB.

¿Qué es Arduino?

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Interacción con el entorno: Entradas y Salidas

Salidas de

Alimentación

6 Entradas

Analógicas

14 pines de

Entrada/Salida

Digitales

(5 tipo PWM)

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Interacción con el entorno: entradas y salidas

Entradas Salidas

Termistor LDR

Potenciómetro Pulsador

Motor DC LED

Relé Zumbador

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Programación

• Programación basada en Wiring (open-source

programming framework for microcontrollers).

• Estructura básica del programa:

// Rutina setup, se ejecuta al pulsar reset:

void setup() {

}

// Rutina loop que se ejecuta de forma cíclica:

void loop() {

}

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Programación: ejemplo

int POT = A0;

int LED = 3;

int VALOR = 0;

void setup() {

pinMode(LED, OUTPUT);

}

void loop() {

VALOR = analogRead(POT);

analogWrite(LED, VALOR/4);

}

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Aplicación en proyectos de energía y medioambiente

Posibles temáticas:

• Eficiéncia energética:

Control de temperatura.

Control de iluminación LED.

Monitorización de consumos.

Edificios y hogares inteligentes.

• Eficiencia en el consumo de agua:

Control de riego mediante sensores de humedad.

• Energías renovables:

Fotovoltaica: monitorización y control.

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Arduino en la docencia de la UCLM

Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Ciudad Real

Prácticas: Electrónica Digital 2 (Grado de Electrónica Industrial y Automática).

Proyecto de robótica educativa: http://www.automaticayrobotica.es/

Escuela Politécnica de Cuenca

Taller Iniciación Arduino.

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Arduino en la docencia de la UCLM

Escuela Superior de Informática de Ciudad Real.

Proyecto de innovación docente: Uso de la plataforma Arduino en una práctica

transversal que abarque distintas asignaturas en distintos cursos.

Temáticas: robótica, edificios inteligentes, gestión de la energía, eficiencia

energética, Internet of Things (IoT).

Metodología: aprendizaje basado en proyectos. El alumno debe completar un

proyecto incremental a lo largo de los 4 años de duración del grado.

Asignaturas:

• Tecnología de Computadores.

• Estructura de Computadores.

• Redes.

• Diseño de sistemas basados en microprocesador.

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Conclusiones

• Arduino es una herramienta potente, versátil y de fácil aprendizaje.

• No requiere unos conocimientos previos avanzados.

• Permite desarrollar proyectos en muchos ámbitos, como el de la energía

y el medio ambiente.

• Ámbito de aplicación: secundaria y estudios universitarios.

• Adquisición y aplicación práctica de conocimientos básicos en:

Teoría de circuitos.

Electrónica.

Programación.

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Trabajos futuros

• Proyecto didáctico:

Seguidor solar de dos ejes para un panel fotovoltaico.

• Prácticas: Electrónica de Potencia.

Convertidor DC-DC.