Taller básico de programación de dispositivos Arduino

Transcripción

Taller básico de programación
de dispositivos Arduino
!
Gabriel Astudillo Muñoz
Escuela de Ingeniería Civil en Informática Universidad de Valparaíso, Chile http://informatica.uv.cl
Descripción
del kit entregado
–
Ingeniería Civil Informática 2 informatica.uv.cl
Inventario
Diodo LED Rojo (x1)
Cables de conexión (x10)
Resistencia 330[Ω] (x1)
Resistencia 10[KΩ] (x1)
Fotoresistencia (x1)
Potenciómetro (x1)
Botón (x1)
–
Inventario
Placa Sparkfun (x1)
Protoboard (x1)
Cable USB A-‐miniB
–
Terminología
–
Terminología específica
Digital
CanWdades discretas
Ejemplo: valor de un bit. conjunto de números enteros entre 0 y 1023. conjunto de números enteros entre 0 y 255. Rango de temperatura entre 10o y 20o, medido en medios grados. (10o, 10.5o, …) Ejemplo: temperatura ambiente medida con mercurio. conjunto de número reales ente 0 y 1023. conjunto de números reales entre 0 y 255.
–
Análogo
CanWdades Reales (ℝ)
Cuan3zar
Los computadores no pueden interpretar directamente las señales analógicas
Sensor de
temperatura
Sistema
computacional
–
No se puede realizar directamente
Cuan3zar
Los computadores no pueden interpretar directamente las señales analógicas
Sensor de
temperatura
A/D
Debe exisWr un bloque de conversión. Este bloque debe cuanWzar la medición análoga y asignarle un valor binario
–
Sistema
computacional
Resolución de la conversión
Cuan3zar
Ejemplo: la resolución es de 10 bits. Esto significa que el bloque de conversión puede asignar 1024 (210) valores disWntos a la variable análoga.
Valor Análogo
0
0,005
0,010
0,015
. . .
4,990
4,995
5
Valor entero
0
1
2
3
. . .
1021
1022
1023
Sensor de
temperatura
Voltaje
[ 0,5[V] ]
–
A/D
Sistema
computacional
entero
{0,1,2,…, 1023}
Microcontrolador (μC)
–
Ingeniería Civil Informática 10
informatica.uv.cl
Arduino
–
informatica.uv.cl
Arquitectura de Arduino
–
informatica.uv.cl
Descripción General
Es hardware open source
Especificaciones y diagramas son de acceso público
El socware con que se programa es open source.
Existen muchas implementaciones de la placa original.
–
informatica.uv.cl
Descripción del Hardware
–
informatica.uv.cl
–
informatica.uv.cl
Entradas/
Salidas
Digitales
Entradas/
Salidas
Análogas
Entradas
Análogas
–
informatica.uv.cl
14 pines de I/O Digitales
6 pines de salidas análogas
Velocidad: 16[MHz]
Almacenamiento: 32[KB] en flash
RAM: 2[KB]
Alimentación: por USB o fuente externa de 7[V] a 15[V].
E/S Digital
Con respecto a E/S
HIGH : 5[V]
LOW : 0[V]
Todas las E/S operan a 5[V].
–
informatica.uv.cl
Pueden uWlizar como entrada o salida: pinmode(pin, modo);
pin: nº del pin que se quiere usar.
modo: {OUTPUT, INPUT}.
Ej.: pinmode(9, OUTPUT);
Como E/S digital:
valor = digitalRead(pin);
digitalWrite(pin,valor);
Ej.: digitalWrite(9, HIGH);
Como Salida análoga:
analogWrite(pin,valor);
Los pines ~X Wenen una resolución de 8 bits valor={0,1,2, …, 255).
El valor entero 255 corresponde a 5[V].
–
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Las 6 entradas análogas proporcionan una resolución de 10 bits.
El valor conWnuo ingresado puede ser representado por un nro entero entre 0 y 1023.
valor = analogRead(pin);
pin: valor del pin (A0, A1, …,A5). valor: nro entero entre 0 y 1023.
Un valor 1023 representa 5[V]
–
informatica.uv.cl
Protoboard
–
informatica.uv.cl
Protoboard
–
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Software necesario
Integrated Development Environment (IDE) para Arduino
hmp://arduino.cc/en/Main/Socware
Disponible para:
–
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Modalidad de trabajo
–
informatica.uv.cl
Arquitectura del IDE
para Arduino
Compila el código y
lo transfiere a la
placa
Verifica
el código
Monitor
serial
!
Área de
Edición de
Código
Área de
Mensajes
–
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Forma de programar
Declaraciones
Globales
setup()
loop()
–
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Forma de programar
Encendido de la placa
Reset
Carga de un programa
Declaraciones
Globales
//Sección Global
setup()
void setup(){
instruccion 1;
instruccion 2;
...
...
instrucción k;
–
void loop(){
instruccion 1;
instruccion 2;
...
...
instrucción j;
}
loop()
instruccion 1;
instruccion 2;
...
...
instrucción j;
}
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Modalidad de trabajo esperado
IDEA
Diseño a
nivel de
Sistema
Diseño
Hardware
(electrónica)
SI
Implementación
Diseño
Sofware
(lógica de la
solución)
¿Es lo que se
esperaba?
Fin de la etapa
de prototipado
NO
Revisión de los diseños
–
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Comunicación
Arduino-Computador
–
informatica.uv.cl
Monitor serial
Scketch
Monitor Serial
Datos enviados desde la placa Arduino
hacia el computador a través del puerto USB
–
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Funciones de comunicación
Serial.begin(velocidad)
Establece velocidad de conexión en baudios. Por omisión velocidad=9600[baudios]1.
Serial.available()
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
!
void loop() {
if (Serial.available() > 0) {//Si hay datos disponibles
//Codigo relacionado con la lectura de datos
//del puerto serie.
}
}
1 Las velocidades permiWdas (en baudios) son: 300, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 28800, 38400, 57600, 115200.
–
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Funciones de comunicación
Serial.print(valor[,formato])
Serial.println(valor[,formato])
Envía datos al puerto serie como texto ASCII. Serial.read()
int incomingByte = 0;
!
// dato serial que llega
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
!
void loop() {
if (Serial.available() > 0) {//Si hay datos
// leer el byte que llega
incomingByte = Serial.read();
!
}
}
// Mostrar el dato recibido
Serial.print("Dato recibido: ");
Serial.println(incomingByte, DEC);
–
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Primer prototipo
–
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Idea inicial
Se quiere realizar un sistema, basado con Arduino, que prenda y apague un LED cada 1 segundo
1) Diseño del Sistema
Software
(lógica de la
solución)
OUT
Arduino
LED
pin 10
–
informatica.uv.cl
Diseño
2) Diseño del Hardware
PIN 10
330[Ω]
hmp://www.instructables.com
–
informatica.uv.cl
Diseño
–
informatica.uv.cl
Diseño
3) Diseño del Socware
SW debe alinearse con el HW.
PIN 10
void setup() {
pinMode(10, OUTPUT);
}
330[Ω]
Observación: el código DEBE comentarse
void setup() {
pinMode(10, OUTPUT); //pin 10 como Salida
}
–
informatica.uv.cl
Diseño
Inicio
Poner en nivel
ALTO el pin 10
Esperar
1[seg]
Poner en nivel
BAJO el pin 10
Esperar
1[seg]
Sin SW, el HW no sirve
–
informatica.uv.cl
Diseño
Inicio
Poner en nivel
ALTO el pin 10
Esperar
1[seg]
Poner en nivel
BAJO el pin 10
void loop() {
digitalWrite(10, HIGH);// prenda el LED
delay(1000);
// espere 1[seg]
// (1000 milisegundos
digitalWrite(10, LOW); // apague el LED
delay(1000);
// espere 1[seg]
}
Esperar
1[seg]
Sin SW, el HW no sirve
–
informatica.uv.cl
Diseño
4) Solución final
int pinLed = 10; //Pin asociado al LED
//que se va a prender/apagar
int duracion = 1000; //duracion del parpadeo
!
void setup() {
pinMode(pinLed, OUTPUT); //Se inicializa el
//pin como salida
}
!
void loop() {
digitalWrite(pinLed, HIGH);// prenda el LED
delay(duracion);
// espere 1[seg]
digitalWrite(pinLed, LOW); // apague el LED
delay(duracion)
// espere 1[seg]
}
–
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Ejemplo 2
–
informatica.uv.cl
Se quiere realizar un sistema, basado con Arduino, que prenda y apague un LED cada 1/2 segundo (500ms), sólo cuando el usuario presione un botón.
IN
OUT
Arduino
LED
Parpadea cuando
el botón
está presionado
–
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Antecedentes eléctricos
IN
OUT
5[V]
PIN 1
10[KΩ]
PIN 13
Diagrama
Símbolo
Eléctrico
–
Si (Vpin13 = 0[V]) Botón presionado else Botón normal
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Diseño
IN
OUT
5[V]
PIN 10
10[KΩ]
330[Ω]
PIN 13
–
informatica.uv.cl
Diseño
IN
OUT
5[V]
PIN 10
10[KΩ]
330[Ω]
PIN 13
–
informatica.uv.cl
Diseño
Inicio
Poner en nivel
ALTO el pin 10
Configurar pines
Esperar
500[mseg]
estadoBoton <- Leer
estado del botón
NO
Si (Vpin13 = 0[V]) Botón presionado else Botón normal
SI
Poner en nivel
BAJO el pin 10
botón presionado?
Esperar
500m[seg]
–
Si (Estadopin13 = LOW) Botón presionado else Botón normal
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Diseño
int pinBoton = 13;
int estadoBoton;
!
void setup() {
//...
}
!
void loop() {
estadoBoton = digitalRead(pinBoton);
!
!
//...
}
–
informatica.uv.cl
Diseño
int pinBoton = 13;
int estadoBoton;
!
void setup() {
pinMode(pinLed, OUTPUT);//pin como salida
pinMode(pinBoton, INPUT)
}
!
void loop() {
estadoBoton = digitalRead(pinBoton);
if(estadoBoton == LOW){
digitalWrite(pinLed, HIGH);// prenda
delay(duracion);
// espere
digitalWrite(pinLed, LOW); // apague
delay(duracion)
// espere
}
}
–
el LED
1[seg]
el LED
1[seg]
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Ejemplo 3
–
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Manejo de puertos
Arduino Wene tres puertos:
Cada puerto está controlado por tres registros (variables) de 8 bits:
–
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Manejo de puertos
DDRB
Ejemplo
Configura como pines Digitales INPUT o OUTOUT 8 al 13
los
PORTB
Pin Digital 13
HIGH
Pin Digital 8
HIGH
Pin Digital 10
HIGH
–
Pone valores ALTO o BAJO en
pines Digitales 8 al 13
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Idea
Se quiere realizar un sistema, basado con Arduino, que implemente un secuenciador de 6 LEDs. Cada LED debe durar prendido 1 segundo.
–
informatica.uv.cl
Idea
–
informatica.uv.cl
Idea
#define DELAY 1000
!
void setup() {
DDRB = B00111111;
}
!
void loop() {
PORTB = 0; //Todos los led apagados
}
for(int i=0; i<=5; i++){
PORTB = ..............;
delay(DELAY);
}
–
informatica.uv.cl
Idea
#define DELAY 1000
!
void setup() {
DDRB = B00111111;
}
!
void loop() {
PORTB = 0; //Todos los led apagados
}
for(int i=0; i<=5; i++){
PORTB = (1 << i);
delay(1000);
}
–
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Ejemplo 4
–
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Idea
Se quiere realizar un sistema, basado con Arduino, que prenda y apague un LED, cuya frecuencia de parpadeo sea controlable a través de un potenciómetro
Potenciómetro
IN
OUT
Nivel de rotación
de la perilla (α)
LED
Parpadea según
el nivel de rotación:
izq-> lento
der-> rápido
10[KΩ]
Arduino
–
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Diseño
IN
5[V]
A
10[KΩ]
5[V]
Vout=(1-α)•5[V]
A
Vout=(1-α)•5[V]
C
10[Ω]
PIN A3
C
PIN A3
B
B
Diagrama de
conexiones
Símbolo
eléctrico
–
informatica.uv.cl
Diseño
IN
OUT
5[V]
Vout=(1-α)•5[V]
A
10[Ω]
PIN 10
330[Ω]
C
PIN A3
B
Símbolo
eléctrico
–
informatica.uv.cl
Diseño
–
informatica.uv.cl
Diseño
Problema: variar el Wempo de parpadeo según el ángulo de giro del potenciómetro.
Analizar los posibles valores de entrada
Si 0o≤α≤180o ➡ 5[V]≥Vout≥0[V]
¿cuál es el rango del valor de entrada de A3?
Si 0o≤α≤180o ➡ 1023≥A3≥0
–
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Diseño
Inicio
Configurar pines
duracion <- Leer A3
Poner en nivel
ALTO el pin 10
Esperar
duracion[seg]
Poner en nivel
BAJO el pin 10
Esperar
duracion[seg]
int sensorPin = A3;//El potenciometro esta conectado
// al pin analogo A0
int ledPin = 10;
// El LED esta conectado al
// pin digital 10
int duracion;
!
void setup() {
pinMode(sensorPin, INPUT); //pin como entrada
pinMode(pinLed, OUTPUT);
//pin como salida
}
!
void loop() {
duracion = analogRead(sensorPin);
!
}
//...
–
informatica.uv.cl
Diseño
Inicio
Configurar pines
int sensorPin = A3;//El potenciometro esta conectado
int ledPin = 10;
// pin digital 10
int duracion;
!
duracion <- Leer A3
Poner en nivel
ALTO el pin 10
Esperar
duracion[seg]
Poner en nivel
BAJO el pin 10
Esperar
duracion[seg]
void setup() {
//pin como salida
}
!
void loop() {
duracion = analogRead(sensorPin);
//Por tratarse de una entrada analogica
//duracion esta entre 0 y 1023
digitalWrite(pinLed, HIGH);// prenda el LED
delay(duracion);
// espere
digitalWrite(pinLed, LOW); // apague el LED
delay(duracion)
// espere
}
–
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Ejemplo 5
–
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Idea
La idea de este sistema es que un LED se encienda en ausencia de luz ambiental. Si hay luz ambiente, el LED debe permanecer apagado. 1) Diseño del Sistema
IN
OUT
Sensor
de luz
Arduino
Sensor de luz
Rsensor[Ω]
Fotoresistencia
LED
–
informatica.uv.cl
(Ausencia total
de Luz)
Rsensor
Rsensor[Ω]
Configuración propuesta:
(Luz directa)
Rsensor
Input
5[V]
A
Rsensor[Ω]
Vout
C
10[KΩ]
PIN
Análogo
B
–
informatica.uv.cl
(Ausencia total
de Luz)
Rsensor
Rsensor[Ω]
5[V]
Input
A
10[KΩ]
Rsensor[Ω]
IN
Vout
C
PIN A0
B
(Luz directa)
Rsensor
En ausencia total de luz: Vout=1,25
Fines prácWcos: Vout<1,5 indica penumbra o ausencia de luz
Vout=1,5 es equivalente a un número entero de 307 aprox.
–
informatica.uv.cl
PIN 10
330[Ω]
Output
–
informatica.uv.cl
Solución
5[V]
PIN 10
A
330[Ω]
10[KΩ]
Rsensor[Ω]
Vout
C
IN
PIN A0
B
–
informatica.uv.cl
Diseño
3) Código final
int sensorPin = A0; //Fotoresistencia conectada
int pinLed = 10;
// pin digital 10
int intensidad;
Inicio
Configurar pines
!
intensidad <- Leer
Sensor de luz
void setup() {
//pin como salida
}
SI
¿hay luz ambiental ?
!
NO
Prenda el
LED
Apague el
LED
void loop() {
intensidad = analogRead(sensorPin);
//Si hay luz==>haga algo, ( intensidad > 307)
//Si no, haga otra cosa
//...
}
–
informatica.uv.cl
Diseño
3) Código final
int sensorPin = A0; //Fotoresistencia conectada
int pinLed = 10;
// pin digital 10
int intensidad;
Inicio
Configurar pines
!
void setup() {
//pin como salida
}
intensidad <- Leer
Sensor de luz
SI
!
¿hay luz ambiental ?
NO
Prenda el
LED
Apague el
LED
void loop() {
intensidad = analogRead(sensorPin);
//Por tratarse de una entrada analogica
//intensidad esta entre 0 y 1023
if(intensidad > 307) //hay luz ambiente
digitalWrite(pinLed, LOW);//apague el LED
else
digitalWrite(pinLed, HIGH); //prenda el LED
}
–
informatica.uv.cl
Preguntas
claves como desarrollador
–
informatica.uv.cl
Deben preguntarse
Qué sensor me permite cumplir con los objeWvos de mi solución.
Dicho sensor, cómo lo conecto a la placa Arduino.
Qué rango de valores entrega y cuáles de ellos me sirve.
Con qué disposiWvo logro que la salida de la placa interactúe con el medio.
–
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