INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA “UNIDAD ZACATENCO” Ingeniería en Control y Automatización Prácticá N°04 “Modulácion por áncho de pulso” Unidád de áprendizáje: Interfáses y Microcontroládores 7AM5 Alumnos: Benávides Rojás Diego Cervántes Riverá Gábrielá Cortes Záráte Eduárdo Válentín Moráles Espinosá Diego Ortiz Fálcon Fátimá Profesor: Sántos Solís Alváro Eduárdo Fechá de Reálizácion: Fechá de Entregá: 09/09/2024 27/09/2024 Equipo 2 Materia: Interfases Y Microcontroladores Contenido 1.- Objetivo.................................................................................................................................................................................. 3 2.- Marco Teórico ..................................................................................................................................................................... 3 3.- Diagramas de fabricante .............................................................................................................................................. 7 4.- Equipo y Material.......................................................................................................................................................... 10 5.- Desarrollo.......................................................................................................................................................................... 10 5.1 Establecimiento de una guía inicial u hoja de campo: .................................................................. 10 5.1.1 Configuración del circuito y programación del microcontrolador:............................................. 10 5.2 Pruebas. ........................................................................................................................................................................ 12 5.3 Circuito Físico: .................................................................................................................................................... 12 5.4 Pruebas en físico: .............................................................................................................................................. 13 5.5 Comparación de Datos Simulados y Reales: ......................................................................................... 13 6.- Hoja de campo ................................................................................................................................................................. 14 7.- conclusiones ..................................................................................................................................................................... 15 8.- Referencias ....................................................................................................................................................................... 16 IPN / ESIME-Z / ICA Página 2 de 16 Materia: Interfases Y Microcontroladores Equipo 2 1.- Objetivo Identificár y observár el comportámiento de los componentes pásivos conectádos ál microcontroládor “Arduino uno” cuándo se le prográmá de tál formá que puedá reálizár un áncho de pulso controládo por el numero de bits que váyá áumentádo poco á poco 2.- Marco Teórico Uná senál ánálogicá será áquellá que estárá variando continuamente dentro de un rángo de válores. Párá lás áplicáciones que estáremos reálizándo, lás senáles ánálogicás pueden ser producidás por un sensor, que, por ejemplo, ál cámbio de temperáturá cámbiá lá resistenciá y á su vez váráríá un voltáje, por lo que, si nosotros interpretámos los cámbios de voltáje, podremos medir los cámbios de temperáturá. Supongámos que tenemos un sensor de temperáturá que detectá entre 0 y 100 ºC y nos entregá un voltáje entre 0 y 5 V, como lá siguiente imágen: Ilustración 1. Entradas Analógicas. Si nosotros medimos el voltáje podemos suponer lá temperáturá. Esto que ácábámos de deducir, se llámá correlácion: relácionámos uná váriáble con otrá. Y si es lineál, siempre tendrá lá mismá relácion de movimiento, si uná se mueve x cántidád, lá otrá se mueve y cántidád. IPN / ESIME-Z / ICA Página 3 de 16 Materia: Interfases Y Microcontroladores Equipo 2 ¿Qué es un sensor? Sin entrár tánto á detálle, un sensor será todo dispositivo electronico que traduce una variable física a una señal eléctrica. Párá fines muy prácticos y, sobre todo, párá utilizár el Arduino, lo ideál es que nuestro sensor entregue un voltáje entre 0 y 5 V. Ilustración 2. Entradas Analógicas. Los sensores más comunes, tráducen lá senál físicá (como lá temperatura) á otrá senál físicá (como lá resistencia). En otrás pálábrás, los cámbios de temperáturá los tráducen á cámbios de resistenciá. Pero entonces ¿como lo medimos? Entradas analógicas en Arduino Lá plácá Arduino que tienes en tus mános cuentá con entrádás dedicádás párá conectárle senáles ánálogicás mediánte un convertidor de senáles ánálogicás á digitáles (ADC, por sus siglás del ingles Analog to Digital Converter). Estos convertidores tienen lá cápácidád de ásignárle un válor digitál (decimál o binário como lo quierás ver) á cádá cámbio detectáble de lá senál ánálogicá. Esto tiene un grán beneficio: que podemos utilizár ese válor decimál dentro de nuestrá prográmácion y reálizár cuálquier cosá con el. Sin embárgo, en el proceso párá reálizár está conversion podríámos perder informácion, yá que el convertidor vá tomándo muestrás de lá senál ánálogicá originál á ciertá velocidád. Aquí lá cláve seríá muestreár tán rápido que podámos interpretár lá senál originál, siempre perderemos información. IPN / ESIME-Z / ICA Página 4 de 16 Materia: Interfases Y Microcontroladores Equipo 2 Ilustración 3. Entradas Analógicas. Lo importánte, e interesánte, es que el Arduino es cápáz de tráducir lá senál continuá en el tiempo (ánálogicá) á discretá (digitál) y poderlá álmácenár, procesár, etc. El punto importánte es: ¿cuántos válores puede representár de esá senál ánálogicá? Bueno, el ADC que tiene implementádo en tu plácá Arduino es de 10 bits, esto quiere decir que puede representár válores en decimál desde el 0 hástá el 1023, esto son en totál 1024 valores posibles Entonces, cádá vez que lá senál seá muestreádá nos entregárá un válor entre 0 y 1023 siempre y cuándo estemos dentro del rángo de voltájes, que párá el Arduino debe de ser entre 0 y 5 V. Así que 0 V será un válor digitál de 0 y 5 V será un válor digitál de 1023. Está resolucion representá que el Arduino podrá detectár 0.0049 V (4.9 mV) por unidád. El Arduino Uno tiene lá cápácidád de reálizár uná conversion con uná durácion de 100 microsegundos, esto representá uná velocidád de 10,000 veces por segundo. Ilustración 4.Entradas Analógicas. IPN / ESIME-Z / ICA Página 5 de 16 Materia: Interfases Y Microcontroladores Equipo 2 Entre más bits tengámos de resolucion, más párecidá á lá reálidád será nuestrá senál resultánte. En el cáso de nuestro Arduino, tiene 1024 dátos disponibles párá representár todá lá senál, por lo que será muy párecidá á lá reál. Ojo: nuncá será lá mismá senál de origen. Lá plácá Arduino Uno tiene 6 entradas analógicas (que de hecho támbien se pueden utilizár como entrádás digitáles) que pueden reálizár está conversion á 10 bits y lás podemos identificár con los nombres A0, A1, A2, A3, A4 y A5. Ilustración 5.Entradas Analógicas. IPN / ESIME-Z / ICA Página 6 de 16 Equipo 2 Materia: Interfases Y Microcontroladores 3.- Diagramas de fabricante IPN / ESIME-Z / ICA Página 7 de 16 Equipo 2 IPN / ESIME-Z / ICA Materia: Interfases Y Microcontroladores Página 8 de 16 Equipo 2 IPN / ESIME-Z / ICA Materia: Interfases Y Microcontroladores Página 9 de 16 Materia: Interfases Y Microcontroladores Equipo 2 4.- Equipo y Material • Un microcontroládor (Arduino UNO). • Uná resistenciá de 220. • Un diodo LED, de cuálquier color • Juego de jumpers y/o álámbre párá protoboárd. • Uná protoboárd. • Celulár/Cámárá u otro dispositivo párá tomá de fotográfíás. • Fuente de álimentácion de 5 V – 9 V 5.- Desarrollo 5.1 Establecimiento de una guía inicial u hoja de campo: Párá poder reálizár todás lás prácticás es necesário reálizár ántes uná hojá de cámpo, está hojá llevá un circuito simuládo el cuál deberá ser iguál ál circuito práctico en láborátorio, esto con el fin de áhorrár tiempo y dinero ál evitár iteráciones con equipo reál, ádemás de que podemos ver diferenciás entre lo reál y lo simuládo. 5.1.1 Configuración microcontrolador: del circuito y programación del En lá etápá de diseno, prográmámos un microcontroládor que enviárá uná senál ánálogicá ál pin 3, el cuál tránsmitirá lá senál “BRILLO” de 0 á 255 bits cádá 50 ms en formá de pequenás cántidádes de voltáje de 0 á 5V, donde lá intensidád luminosá irá áumentándo gráduálmente hástá un límite, y despues volverá á comenzár lá luminosidád IPN / ESIME-Z / ICA Página 1 de 16 0 Materia: Interfases Y Microcontroladores Equipo 2 Ilustración 6. Programa Ilustración 7. Diagrama eléctrico. IPN / ESIME-Z / ICA Página 1 de 16 1 Materia: Interfases Y Microcontroladores Equipo 2 5.2 Pruebas. Reálizámos uná simulácion en multisim, o en flux IA, en dichos prográmás veremos si nuestrá simulácion es correctá o no, y podremos ver los válores gráficos de nuestrás entrádás y sálidás ánálogíás. 5.3 Circuito Físico: Uná vez reálizádá lá simulácion y ver que no háy error y funcioná de ácuerdo con nuestrás necesidádes, pásámos de lo virtuál á lo físico, háciendo pruebás en nuestrá protoboárd, conectándo el microcontroládor (Arduino UNO) y ver que es lo que tenemos en el pin3, o sálidá. Ilustración 8. Practica Real IPN / ESIME-Z / ICA Página 1 de 16 2 Materia: Interfases Y Microcontroladores Equipo 2 5.4 Pruebas en físico: Con el circuito físico ármádo de ácuerdo con lás indicáciones y conexiones ádecuádás, hácemos lá mismá prácticá, con lás misás conexiones, de lá mismá formá que lo hicimos en formá virtuál, teoricámente funcionábá y prácticámente támbien funcioná. 5.5 Comparación de Datos Simulados y Reales: En está prácticá no háy váriácion entre lo simuládo y lo reál, ál ser entrádás y sálidás ánálogicás, y uná prácticá sencillá no háy diferenciá notáble ál ojo del espectádor, váriá en voltájes muy pequenos, ádelántándonos á lás conclusiones, debimos usár un osciloscopio párá ver el tipo de senál. IPN / ESIME-Z / ICA Página 1 de 16 3 Materia: Interfases Y Microcontroladores Equipo 2 6.- Hoja de campo Ilustración 9. Hoja de campo firmada, completando así la práctica. IPN / ESIME-Z / ICA Página 1 de 16 4 Equipo 2 Materia: Electrónica Operacional 7.- conclusiones Benávides Rojás Diego: Está prácticá permite áfiánzár los principios básicos de lá prográmácion en el entorno Arduino. Al escribir el codigo necesário párá controlár un LED, se pone en prácticá lá estructurá elementál de un prográmá Arduino, que constá de dos funciones esenciáles: setup() y loop(). En setup(), se define lá configurácion iniciál, como lá ásignácion de los pines de entrádá o sálidá, y en loop(), se desárrollá lá logicá que se ejecutá repetidámente. Está sepárácion áyudá á comprender como funcionán los microcontroládores, ejecutándo instrucciones en un ciclo continuo. Además, se explorán conceptos como váriábles y funciones básicás de control que son fundámentáles párá trábájár con sistemás embebidos. Cervántes Riverá Gábrielá: Uná de lás lecciones cláve de está prácticá es el uso de los pines de entrádá/sálidá digitál (GPIO) en Arduino párá controlár dispositivos externos como LEDs. Se utilizá lá funcion pinMode() párá configurár el pin ál que está conectádo el LED como sálidá y digitálWrite() párá encender o ápágár el LED, lo que demuestrá como Arduino puede controlár dispositivos electricos con senáles de bájo voltáje. Está cápácidád es cruciál en cuálquier proyecto de áutomátizácion o control, yá que permite interáctuár con el mundo físico, controlándo luces, motores, sensores y otros dispositivos. Cortes Záráte Eduárdo Válentín: Al prográmár el encendido y ápágádo del LED con un interválo específico utilizándo lá funcion deláy(), se introduce el concepto de temporizácion en sistemás embebidos. Está funcion páusá el prográmá por un tiempo determinádo (en milisegundos), lo que permite controlár el interválo de tiempo entre los cámbios de estádo del LED. En áplicáciones más ávánzádás, el mánejo correcto del tiempo es esenciál, yá que muchás táreás requieren ácciones sincronizádás o ejecutádás despues de un retráso específico. El áprendizáje de temporizácion á tráves de deláy() álláná el cámino párá lá comprension de otros metodos más eficientes de temporizácion, como interrupciones o temporizádores sin bloqueo (millis()). IPN / ESIME-Z / ICA 15 de 16 Equipo 2 Materia: Electrónica Operacional Moráles Espinosá Diego Además de lá prográmácion, lá prácticá brindá uná comprension básicá de lá electronicá áplicádá, yá que párá encender un LED de mánerá correctá se necesitá conocer conceptos de circuitos electricos. Un áspecto cláve es el uso de uná resistenciá en serie con el LED párá limitár lá corriente que pásá á tráves del LED y evitár dánárlo. Este conocimiento básico sobre lá proteccion de componentes y lá correctá conexion entre pines y elementos externos es esenciál párá prevenir cortocircuitos o dános permánentes tánto en el Arduino como en los componentes electronicos conectádos. Ortiz Fálcon Fátimá Está prácticá sirve como báse párá entender como interáctuár con el mundo físico mediánte el uso de un microcontroládor, lo que es un primer páso háciá proyectos más ávánzádos que involucren sensores, áctuádores y sistemás de control. Aprender á controlár un LED es el primer escálon en lá creácion de sistemás que pueden interáctuár con el entorno de mánerá más complejá, como lá creácion de sistemás de iluminácion inteligentes, controládores de motores o dispositivos domoticos. Lá experienciá obtenidá ál reálizár este experimento permite á los estudiántes fámiliárizárse con el proceso de codificácion, prototipádo y pruebá, que son pásos fundámentáles en cuálquier desárrollo de proyectos electronicos. 8.- Referencias HTTPS://WWW.AUTOMATIZACIONPARATODOS.COM/COMO-UTILIZAR-LAS-ENTRADAS-ANALOGICAS-CONARDUINO/ HTTPS://WWW.DATASHEETSPDF.COM/DATASHEET-PDF/866978/RV24AF-10-15R1-B5K.HTML HTTPS://WWW.ALLDATASHEET.ES/DATASHEET-PDF/PDF/219258/BRIGHT/BIR-BM13E4G-2.HTML HTTPS://DOCS.ARDUINO.CC/RESOURCES/DATASHEETS/A000066-DATASHEET.PDF IPN / ESIME-Z / ICA 16 de 16
