Arduino + Shield multifunción (IDE Arduino)

Arduino es una pequeña tarjeta programable capaz de hacer unas cosas u otras dependiendo de los programas que nosotros carguemos en su memoria. Se conecta al puerto USB del ordenador y mediante un lenguaje propio se escriben los programas y se suben a la placa. Una vez programada no necesita seguir unida al ordenador, se puede desconectar de él y funcionar de manera autónoma (siempre que la alimentemos con una fuente o batería adecuada).

Arduino cuenta con una serie de pines en los que podemos conectar y controlar elementos externos; luces, motores, sensores, etc:

14 pines digitales (numerados de 0 a 13) que se programan individualmente como entrada o salida y  suministran o leen un voltaje alto (próximo a 5v, HIGH) o bajo (próximo a 0v, LOW). Además, en los pines 3, 5, 6, 9, 10 y 11 se puede obtener una señal analógica (PWM) con una precisión de 8 bit.

6 entradas analógicas (numeradas de 0 a 5) que permiten leer un voltaje comprendido entre 0 y 5v con una resolución de 10 bit (suministran un número entre 0 y 1023). Si se desea, también podemos programarlos como entradas/salidas digitales, en ese caso, se nombran como pines 15,...19.

En lugar de usar una protoboard para cablear y añadir  elementos externos, vamos a utilizar un Shield multifunción (k5864195); se trata de una placa que se pincha directamente sobre Arduino y pone a nuestra disposición cuatro diodos LEDs, tres pulsadores, un potenciómetro, un zumbador y un display de 7 segmentos de cuatro dígitos, además, quedan libres varios pines en los que podemos conectar directamente otros dispositivos, por ejemplo: un sensor de temperatura, micro servos, sensores de ultrasonidos, de infrarrojos (sigue línea) e incluso un circuito bluetooth.

Un aliciente adicional para usarlas es su bajo coste, actualmente, se pueden encontrar por un precio inferior a 10 euros (las dos) en ElectroHobby.

En estas entradas vamos a utilizar como lenguaje de programación el entorno de desarrollo propio de Arduino; en este caso, no se trabaja con bloques, sino que hay que ir escribiendo las instrucciones. Además, en principio, vamos a procurar no usar librerías externas, pretendemos hacerlo todo nosotros sin ayudas.

Descargamos el IDE Arduino del siguiente enlace con la página oficial:

 https://www.arduino.cc/en/Software

Lo instalamos siguiendo las instrucciones y lo ejecutamos, nos aparecerá una ventana similar:

Ya podemos escribir nuestro primer programa. Se trata de hacer encender el LED D1 de la placa multifunción, que está conectado al pin 13 de Arduino:

Ahora enchufamos Arduino al ordenador con el cable USB y comprobamos que ha quedado conectado a uno de los puertos COM. Por último, pinchamos en el icono Subir para cargar el programa en la memoria. Si todo es correcto el LED D1 permanecerá encendido.

En las siguientes entradas iremos utilizando los distintos elementos del shield multifunción y las instrucciones necesarias para su programación.

Puerta corredera

Se trata de una puerta corredera con un sistema piñón cremallera, un servo de rotación continua y dos sensores de infrarrojos (tipo sigue línea). En el vídeo se muestra una posible forma de funcionamiento, al accionar un pulsador la puerta se abre, permanece 10 segundos abierta y se posteriormente se cierra:

El servo va conectado al pin 5 del shield multifunción, el sensor que detecta que la puerta está cerrada al pin 6 y el que  detecta que la puerta está abierta al pin9.

Para su construcción se ha utilizado una impresora 3D, aquí tenéis disponible el archivo stl:

puerta corredera.stl

El programa que hemos utilizado en el vídeo anterior es el siguiente:

Ejercicios propuestos:

1.- Ahora queremos que la puerta se abra al accionar el pulsador 1 y se cierre al presionar el pulsador 2.

2.- Algunos detalles pueden complicar los programas más de lo que uno piensa inicialmente; por ejemplo,  hacer que cuando la puerta se esté cerrando podamos accionar el pulsador de apertura para que se abra. 

Ascensor de 3 pisos

En esta entrada abordamos la construcción de un ascensor de tres pisos.

Hemos usado los tres pulsadores de la tarjeta multifunción, un micro servo de rotación continua y tres sensores de infrarrojos (sigue línea) para detectar la presencia de la cabina en cada uno de los pisos. En la figura adjunta vemos la conexión de estos elementos:

El armazón se ha realizado con una impresora 3D. En el siguiente enlace se puede descargar el archivo stl correspondiente (incluye la cabina, el contrapeso y una polea que se puede acoplar al micro servo). Para evitar problemas con la altura se ha dividido en tres partes que se pueden acoplar y fijar con un poco de pegamento.

Si no se dispone de impresora, existen páginas web que la realizan y la envían en unos días, por ejemplo: imprimakers

Archivo para impresora 3D: ascensor3pisos.stl

En siguientes imágenes se ve el montaje definitivo. Para evitar errores de los sensores hemos pegado dos trozos de cinta aislante, negra y blanca, en el lateral de la cabina (segunda imagen.

Por último, aquí tenemos el programa:

Ejercicios propuestos:

1.- Al accionar el pulsador 1 el ascensor debe subir al piso 3, esperar allí 30 segundos, bajar al piso 2, esperar otros 30 segundos y regresar definitivamente al piso 1.

multibot: control bluetooth ⇦

multiBot: control bluetooth

Ahora controlaremos el movimiento de nuestro robot con un teléfono móvil a través del bluetooth. Necesitaremos una app que envíe determinados números al pulsar sobre unos botones de la pantalla; cuando los reciba el módulo bluetooth del robot, el programa que tenga cargado Arduino los interpretará y realizará las acciones correspondientes.

En la figura se muestra la conexión entre el módulo bluetooth (AT-09 o HM-10) y el robot.

Hay que tener en cuenta que cuando vayamos a subir programas a Arduino el módulo bluetooth debe estar desconectado, al menos los cables RXD y TXD. 

En el siguiente enlace podéis descargar la aplicación e instalarla en vuestro móvil:

multiBot.apk

La pantalla de la app se muestra en la imagen. Para establecer la conexión pulsamos en el botón "Conectar", aparecerá nuestro módulo y volvemos a pinchar sobre él. 

El resto de botones sirven para controlar el movimiento: adelante, atrás, izquierda, derecha y stop. Al activar el botón "Volante" podemos realizar los movimientos del robot girando el móvil respecto de la vertical (entre -90º y 90º). Los números que se envían por el bluetooth son los siguientes:

Adelante   91

Derecha    92

Atrás        93

Izquierda  94

STOP        95

Volante     96

inclinación del móvil hacia la izquierda  de 0 (0º) a 90 (90º)

Inclinación del móvil hacia la derecha   de 166 (-90º) a 255 (-1º)

Este es el programa que tenemos que cargar en nuestro Arduino:

Ejercicios propuestos:

1.- Hacer un programa que permita encender y apagar desde el móvil el LED 1 del shield multifunción. Utilizaremos el botón "Adelante" para encenderlo y "STOP" para apagarlo.

2.- Ahora queremos encender y apagar de manera independiente los cuatro LEDs del shield. Sólo podemos usar un único botón para cada LED; es decir, si está apagado se enciende al pulsar y si está encendido se apaga.

3.- Realizar un programa que vaya encendiendo progresivamente los LED en función del ángulo girado por el móvil.

multiBot sigue líneas ⇦                                           ⇨ Ascensor de 3 pisos

 

multiBot sigue líneas

Ahora vamos a programar nuestro robot para que sea capaz de seguir una línea negra sobre fondo blanco. Para ello es necesario utilizar dos sensores de infrarrojos.

En la imagen podemos ver las dos caras de uno de los sensores y las conexiones que hay que realizar con el shield multifunción

El funcionamiento de estos sensores es similar al de  ultrasonidos; tienen un emisor y un receptor, si la luz infrarroja emitida se refleja sobre una zona negra el receptor no la recibirá, por el contrario, si la luz se refleja sobre una zona blanca el receptor si la recibirá.  Disponen de dos pequeños diodos LED, uno de ellos se encenderá cuando detecte el color blanco y se apagará con el negro, el otro permanece encendido siempre que el sensor esté alimentado. Con un pequeño destornillador podemos ajustar la sensibilidad para que el color detectado sea el correcto.

En el vídeo se muestra su funcionamiento una vez que hemos cargado el programa adjunto:

Ejercicios propuestos:

1.- Realizar un programa que, además de seguir una línea negra, detecte la presencia de un obstáculo y se detenga hasta que sea retirado.

multiBot evita obstáculos ⇦                   ⇨ multiBot: control bluetooth

multiBot evita obstáculos

La inclusión de un sensor de ultrasonidos en nuestro robot móvil (disparo en el pin A5, pin 19, y eco en el pin 9) nos permite realizar programas en los que responda de diferentes maneras ante la presencia de obstáculos.

En el primer programa que presentamos, al detectar un objeto, gira a la derecha, se para y continúa avanzando:

En éste otro, girará al azar hacia la izquierda o la derecha:

Ejercicios propuestos:

1.- Ahora multiBot debe detenerse al detectar un obstáculo (se encenderá uno de los diodos LEDs) y no reanudar su marcha (apagando el LED) hasta que quitemos el objeto.

Robot móvil: multiBot ⇐                                   ⇨multiBot sigue líneas

Robot móvil: multiBot

Vamos a construir un pequeño robot móvil utilizando la tarjeta Arduino y el shield multifunción. Para generar el movimiento utilizaremos dos micro servos de rotación continua, sg 90, conectados a los pines 5 y 6 del shield. También incluiremos un sensor de ultrasonidos (disparo en el pin A5 y eco en el pin 9), dos sensores de infrarrojos seguidores de línea negra y un módulo bluetooth 4.0 (AT-09 o HM-10). La alimentación la hemos realizado con una pila de 9 voltios, alojada dentro de un porta-pilas que dispone de interruptor y de un conector para unirlo al jack de la tarjeta Arduino. En las imágenes podéis ver un primer prototipo cuyo chasis se ha realizado utilizando una impresora 3D

En el enlace adjunto podéis descargar el archivo stl para realizar la impresión en 3D.

https://mega.nz/file/sqYVDQIR#CUFoE_FQDutl0RXKz8hViUskNKA_O7YayVZ47RtjO68

Si no se dispone de impresora, existen páginas web que la realizan y la envían en unos días, por ejemplo:

https://imprimakers.com/es/

En las imágenes anteriores, las ruedas se han realizado con una impresora 3D, aunque también se pueden comprar directamente ruedas de plástico que se adaptan al micro servo:

https://www.thingiverse.com/thing:3520702

https://www.electrohobby.es/ruedas/491-rueda-sg90.html

Otra opción para construirlo es usar un trozo de madera y montar sobre ella todos los elementos. A continuación vemos una posible solución, hemos utilizado unos soportes para los micro servos y el sensor de ultrasonidos, el portapilas está sujeto con velcro a la parte posterior:

Este es el cableado completo:

Atención: El shield multifunción tiene dos pequeños puentes J1 y J2, hay que quitar el J1. Mientras no se utilice, es preferible no conectar el módulo bluetooth, ya que para subir los programas a Arduino deben quedar libres los pines 0 y 1. 

Para mover el robot tenemos los bloques siguientes:

En realidad, se podrían reducir a una única instrucción en la que se indiquen las velocidades de los dos micro servos, de -100 a 100. Poder controlar las velocidades es imprescindible, ya que tendremos que hacer pequeños ajustes, bien para asegurarnos que el robot marcha en línea recta o para cambiar la mayor o menor amplitud de los giros. Hay que tener en cuenta que los micro servos no son muy precisos y las velocidades izquierda y derecha no coincidirán, será necesario hacer varias pruebas para ajustarlas.

En el programa adjunto el vehículo se mueve siguiendo una trayectoria más o menos cuadrada:

Ejercicios propuestos:

1.- Jugar con las instrucciones anteriores para que el robot haga diferentes movimientos.

Sensor de ultrasonidos ⇐                                            ⇒  multiBot evita Obstáculos