Introducción a Arduino: una guía para principiantes

Introducción a Arduino: una guía para principiantes

Arduino es una plataforma de creación de prototipos de electrónica de código abierto, y es una de las más populares del mundo, con la posible excepción de la Raspberry Pi. Habiendo vendido más de 3 millones de unidades (y muchas más en forma de dispositivos de clonación de terceros): ¿qué lo hace tan bueno y qué se puede hacer con uno?





¿Qué es Arduino?

Arduino se basa en hardware y software fáciles de usar y flexibles. Está hecho para artistas, diseñadores, ingenieros, aficionados y cualquier persona con el más mínimo interés en la electrónica programable.



Arduino detecta el entorno leyendo datos de varios botones, componentes y sensores. Pueden impactar el medio ambiente controlando los LED, motores , servos, relés y mucho más.





Los proyectos de Arduino pueden ser independientes o pueden comunicarse con el software que se ejecuta en una computadora ( Procesando es el software más popular para esto). Pueden hablar con otros Arduinos, Raspberry Pis, NodeMCU o casi cualquier otra cosa. Asegúrese de leer nuestra comparación de microcontroladores de $ 5 para una comparación completa de las diferencias entre estos microcontroladores.

Es posible que se pregunte, ¿por qué elegir Arduino? Arduino realmente simplifica el proceso de construcción de un proyecto de electrónica programable, lo que lo convierte en una gran plataforma para principiantes. Puede comenzar a trabajar fácilmente en uno sin experiencia previa en electrónica. Hay miles de tutoriales disponibles, y estos varían en dificultad, por lo que puede estar seguro de un desafío una vez que domine los conceptos básicos.



Además de la simplicidad de Arduino, también es económico, multiplataforma y de código abierto. El Arduino Uno (el modelo más popular) se basa en los microcontroladores ATMEGA 16U2 de Atmel. Se producen muchos modelos diferentes, que varían en tamaño, potencia y especificaciones, así que eche un vistazo a nuestra guía de compra para conocer todas las diferencias.

Los planes para las juntas se publican bajo un Creative Commons licencia, por lo que los aficionados experimentados y otros fabricantes son libres de hacer su propia versión de Arduino, potencialmente extendiéndola y mejorándola (o simplemente copiándola, lo que lleva a la proliferación de placas Arduino de bajo costo que encontramos en la actualidad).



¿Qué se puede hacer con un Arduino?

Un Arduino puede hacer una asombrosa cantidad de cosas. Son el cerebro elegido por la mayoría de impresoras 3D. Su bajo costo y facilidad de uso significan que miles de creadores, diseñadores, piratas informáticos y creadores han realizado proyectos asombrosos. Estos son solo algunos de los proyectos de Arduino que hemos realizado aquí en MakeUseOf:

¿Qué hay dentro de un Arduino?

Aunque hay muchos tipos diferentes de placas Arduino disponibles, este manual se centra en la Arduino Uno modelo. Esta es la placa Arduino más popular que existe. Entonces, ¿qué hace que esto funcione? Aquí están las especificaciones:



  • Procesador: 16 Mhz ATmega16U2
  • Memoria flash: 32 KB
  • RAM: 2 KB
  • Tensión de funcionamiento: 5V
  • Voltaje de entrada: 7-12 V
  • Número de entradas analógicas: 6
  • Número de E / S digitales: 14 (6 de ellos Modulación de ancho de pulso - PWM )

Las especificaciones pueden parecer basura en comparación con su computadora de escritorio, pero recuerde que Arduino es un dispositivo integrado, con mucha menos información para procesar que su computadora de escritorio. Es más que capaz para la mayoría de proyectos de electrónica.

Otra característica maravillosa del Arduino es la capacidad de usar lo que se llaman 'escudos' o placas complementarias. Aunque los escudos no se tratarán en este manual, son una forma realmente elegante de ampliar las características y la funcionalidad de su Arduino.

Qué necesitará para esta guía

A continuación, encontrará una lista de la compra de los componentes que necesitará para esta guía para principiantes. Todos estos componentes deben tener un costo total de menos de $ 50. Esta lista debería ser suficiente para darle una buena comprensión de la electrónica básica y tener suficientes componentes para construir algunos proyectos geniales usando esta o cualquier otra guía de Arduino. Si no desea seleccionar todos y cada uno de los componentes, puede considerar comprar un kit de inicio en su lugar.

Si no puede obtener un valor de resistencia específico, algo lo más cercano posible generalmente funcionará bien.

Descripción general de los componentes eléctricos

Veamos qué son exactamente todos estos componentes, qué hacen y cómo se ven.

Tablero de circuitos

Utilizados para crear prototipos de circuitos electrónicos, proporcionan un medio temporal para conectar componentes entre sí. Las placas de prueba son bloques de plástico con agujeros en los que se pueden insertar cables. Los agujeros están dispuestos en filas, en grupos de cinco. Cuando desee reorganizar un circuito, saque el cable o parte del orificio y muévalo. Muchas placas de prueba contienen dos o cuatro grupos de orificios a lo largo de la placa, a lo largo de los lados, y todos están conectados; estos suelen ser para distribución de energía y pueden estar etiquetados con una línea roja y azul.

Las tablas de pruebas son excelentes para producir rápidamente un circuito. Pueden ensuciarse mucho para un circuito grande, y los modelos más baratos pueden ser notoriamente poco confiables, por lo que vale la pena gastar un poco más de dinero en uno bueno.

LEDs

LED significa Diodo emisor de luz . Son una fuente de luz muy barata y pueden ser muy brillantes, especialmente cuando se agrupan. Se pueden comprar en una variedad de colores, no se calientan demasiado y duran mucho tiempo. Es posible que tenga LED en su televisor, en el tablero de su automóvil o en las bombillas Philips Hue.

Su microcontrolador Arduino también tiene un LED incorporado en el pin 13 que se usa con frecuencia para indicar una acción o evento, o simplemente para probar.

Resistencia de foto

Una fotorresistencia ( pag hotocell o Resistencia dependiente de la luz ) permite que su Arduino mida los cambios de luz. Puede usar esto para encender su computadora cuando es de día, por ejemplo.

Interruptor táctil

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Un interruptor táctil es básicamente un botón. Al presionarlo, se completará el circuito y (generalmente) cambiará de 0V a + 5V. Los arduinos pueden detectar este cambio y responder en consecuencia. Estos son a menudo momentáneo - lo que significa que solo se 'presionan' cuando su dedo los mantiene presionados. Una vez que los suelte, volverán a su estado predeterminado ('sin presionar' o apagado).

Altavoz piezoeléctrico

Un parlante piezoeléctrico es un parlante diminuto que produce sonido a partir de señales eléctricas. A menudo son ásperos y metálicos, y no se parecen en nada a un altavoz real. Dicho esto, son muy baratos y fáciles de programar. Nuestro Buzz Wire Game usa uno para jugar el Canción del tema de Monty Python 'Flying Circus' .

Resistor

Una resistencia limita el flujo de electricidad. Son componentes muy baratos y un elemento básico de los circuitos electrónicos de aficionados y profesionales por igual. Casi siempre se requieren para proteger los componentes de una sobrecarga. También son necesarios para evitar un cortocircuito si el Arduino + 5V se conecta directamente a tierra. En resumen: muy práctico y absolutamente imprescindible.

Cables de puente

Los cables de puente se utilizan para crear conexiones temporales entre los componentes de su tablero.

Configuración de su Arduino

Antes de comenzar cualquier proyecto, debe hacer que su Arduino hable con su computadora. Esto le permite escribir y compilar código para que Arduino lo ejecute, además de proporcionar una forma para que su Arduino funcione junto con su computadora.

Instalación del paquete de software Arduino en Windows

Dirígete al Sitio web de Arduino y descargue una versión del software Arduino adecuada para su versión de Windows. Una vez descargado, siga las instrucciones para instalar Arduino Entorno de desarrollo integrado (AQUÍ).

La instalación incluye controladores, por lo que, en teoría, debería estar listo para comenzar de inmediato. Si eso falla por alguna razón, pruebe estos pasos para instalar los controladores manualmente:

  • Conecte su placa y espere a que Windows comience el proceso de instalación del controlador. Después de unos momentos, el proceso fallará, a pesar de sus mejores esfuerzos.
  • Haga clic en Menu de inicio > Control Panel .
  • Navegar a Sistema y seguridad > Sistema . Una vez que la ventana del Sistema esté abierta, abra el Administrador de dispositivos .
  • Debajo Puertos (COM y LPT), debería ver un puerto abierto llamado Arduino UNO (COMxx) .
  • Clic derecho en Arduino UNO (COMxx) > Actualizar el software del controlador .
  • Escoger Buscar en mi computadora el software del controlador .
  • Navegue y seleccione el archivo del controlador de Uno, llamado ArduinoUNO.inf , ubicado en el Conductores carpeta de la descarga del software Arduino.

Windows finalizará la instalación del controlador desde allí.

Instalación del paquete de software Arduino en Mac OS

Descargue el software Arduino para Mac desde el Sitio web de Arduino . Extraiga el contenido del .Código Postal archivo y ejecute la aplicación. Puede copiarlo en la carpeta de aplicaciones, pero se ejecutará bien desde su escritorio o descargas carpetas. No es necesario instalar ningún controlador adicional para Arduino UNO.

Instalación del software Arduino en el paquete Ubuntu / Linux

Instalar en pc gcc-avr y avr-libc :

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Si aún no tiene openjdk-6-jre, instálelo y configúrelo también:

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Seleccione el correcto JRE si tiene más de uno instalado.

Ve a la Sitio web de Arduino y descargue el software Arduino para Linux. Usted puede untar y ejecútelo con el siguiente comando:

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Independientemente del sistema operativo que esté ejecutando, las instrucciones anteriores asumen que tiene una placa Arduino Uno original con la marca. Si compró un clon, es casi seguro que necesitará controladores de terceros antes de que se reconozca la placa a través de USB.

Ejecución del software Arduino

Ahora que el software está instalado y su Arduino está configurado, verifiquemos que todo esté funcionando. La forma más sencilla de hacerlo es utilizando la aplicación de muestra 'Blink'.

Abra el software Arduino haciendo doble clic en la aplicación Arduino ( ./arduino en Linux ). Asegúrese de que la placa esté conectada a su computadora y luego abra el LED parpadea boceto de ejemplo: Expediente > Ejemplos de > 1.Básicos > Parpadear . Debería ver el código de la aplicación abierto:

Para cargar este código en su Arduino, seleccione la entrada en el Instrumentos > Tablero menú que corresponde a su modelo - Arduino Uno en este caso.

Seleccione el dispositivo serie de su placa en el Instrumentos > Puerto serial menú. En Windows, es probable que sea COM3 o mas alto. En Mac o Linux, esto debería ser algo con /dev/tty.usbmodem en eso.

Finalmente, haga clic en el Subir en la parte superior izquierda de su entorno. Espere unos segundos y debería ver el RX y TX Los LED del Arduino parpadean. Si la carga se realiza correctamente, aparecerá el mensaje 'Carga finalizada' en la barra de estado.

Unos segundos después de que finalice la carga, debería ver el pin 13 El LED de la placa comienza a parpadear. ¡Felicidades! Tienes tu Arduino en funcionamiento.

Proyectos iniciales

Ahora que conoce los conceptos básicos, veamos algunos proyectos para principiantes.

Anteriormente usó el código de muestra de Arduino para hacer parpadear el LED integrado. Este proyecto hará parpadear un LED externo usando una placa de pruebas. Aquí está el circuito:

Conecte la pata larga del LED (pata positiva, llamada ánodo ) a un Resistencia de 220 ohmios y luego a digital pin 7 . Conecte el tramo corto (tramo negativo, llamado cátodo ) directamente a suelo (cualquiera de los puertos Arduino con GND, su elección). Este es un circuito simple. El Arduino puede controlar digitalmente este pin. Al encender el pin se iluminará el LED, al apagarlo se apagará el LED. La resistencia es necesaria para proteger el LED de demasiada corriente; se quemará sin una.

Aquí está el código que necesita:

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Este código hace varias cosas:

configuración vacía (): Arduino lo ejecuta una vez cada vez que se inicia. Aquí es donde puede configurar las variables y cualquier cosa que su Arduino necesite para ejecutarse.

pinMode (7, SALIDA): Esto le dice al Arduino que use este pin como salida, sin esta línea, el Arduino no sabría qué hacer con cada pin. Esto solo debe configurarse una vez por pin, y solo necesita configurar los pines que tiene la intención de usar.

bucle vacío (): Cualquier código dentro de este bucle se ejecuta repetidamente una y otra vez, hasta que el Arduino se apaga. Esto puede hacer que los proyectos más grandes sean más complejos, pero funciona increíblemente bien para proyectos simples.

escritura digital (7, ALTA): Esto se usa para establecer el pin ELEVADO o BAJO -- SOBRE o APAGADO . Al igual que un interruptor de luz, cuando el pin está ALTO, el LED estará encendido. Cuando el pin está BAJO, el LED se apagará. Dentro de los corchetes, debe especificar alguna información adicional para que esto funcione correctamente. La información adicional se conoce como parámetros o argumentos.

El primero (7) es el número de pin. Si ha conectado su LED a un pin diferente, por ejemplo, lo cambiaría de siete a otro número. El segundo parámetro tiene que ser ELEVADO o BAJO , que especifica si el LED debe encenderse o apagarse.

retraso (1000): Le dice al Arduino que espere una cantidad de tiempo específica en milisegundos. 1000 milisegundos es igual a un segundo, por lo que esto hará que Arduino espere un segundo.

Una vez que el LED se ha encendido durante un segundo, el Arduino ejecuta el mismo código, solo que procede a apagar el LED y esperar otro segundo. Una vez finalizado este proceso, el bucle comienza de nuevo y el LED vuelve a encenderse.

Desafío: Intente ajustar el tiempo de retraso entre encender y apagar el LED. ¿Qué observas? ¿Qué sucede si configura el retraso en un número muy pequeño, como uno o dos? ¿Puedes modificar el código y el circuito para que parpadeen? dos LEDs?

Agregar un botón

Ahora que tiene un LED funcionando, agreguemos un botón a su circuito:

Conecte el botón de modo que puentee el canal en el medio de la placa de pruebas. Conecta el parte superior derecha pierna a Pin 4 . Conecta el abajo a la derecha pierna a un 10 k ohmios resistencia y luego a suelo . Conecta el abajo a la izquierda pierna a 5V .

Quizás se pregunte por qué un botón simple necesita una resistencia. Esto tiene dos propósitos. Es un derribar resistor - ata el pin a tierra. Esto asegura que no se detecten valores falsos y evita que Arduino pensando presionó el botón cuando no lo hizo. El segundo propósito de esta resistencia es como limitador de corriente. Sin él, 5V irían directamente a tierra, el humo mágico sería liberado, y su Arduino moriría. Esto se conoce como cortocircuito, por lo que el uso de una resistencia evita que esto suceda.

Cuando no se presiona el botón, el Arduino detecta tierra ( pin 4 > resistor > suelo ). Cuando presiona el botón, 5V se conecta a tierra. El pin 4 de Arduino puede detectar este cambio, ya que el pin 4 ahora ha cambiado de tierra a 5V;

Aquí está el código:

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Este código se basa en lo que aprendió en la sección anterior. El botón de hardware que ha utilizado es un momentáneo acción. Esto significa que solo funcionará mientras lo mantenga presionado. La alternativa es un enganche acción. Esto es como sus interruptores de luz o enchufe, presione una vez para encender, presione nuevamente para apagar. Afortunadamente, se puede implementar un comportamiento de bloqueo en el código. Esto es lo que hace el código adicional:

boolean buttonOn = false: Esta variable se utiliza para almacenar el estado del botón: ENCENDIDO o APAGADO, ALTO o BAJO. Se le da un valor predeterminado de falso.

pinMode (4, ENTRADA): Al igual que el código utilizado para el LED, esta línea le dice al Arduino que ha conectado una entrada (su botón) al pin 4.

si (digitalRead (4)): De manera similar a digitalWrite () , digitalRead() se utiliza para leer el estado de un pin. Debe proporcionarle un número de PIN (4, para su botón).

Una vez que haya presionado el botón, el Arduino espera 25ms y revisa el botón nuevamente. Esto se conoce como antirrebote de software . Esto asegura que lo que Arduino piensa que fue presionar un botón, De Verdad fue presionar un botón, y no ruido. No tiene que hacer esto y, en la mayoría de los casos, las cosas funcionarán bien sin él. Es más una buena práctica.

Si el Arduino está seguro de que realmente presionó el botón, entonces cambia el valor del buttonOn variable. Esto cambia el estado:

ButtonOn es cierto: Establecer en falso.

ButtonOn es falso: Establecer en verdadero.

Finalmente, el LED se apaga según el estado almacenado en buttonOn .

Sensor de luz

Pasemos a un proyecto avanzado. Este proyecto utilizará un Resistencia dependiente de la luz (LDR) para medir la cantidad de luz disponible. El Arduino le dirá a su computadora mensajes útiles sobre el nivel de luz actual.

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Aquí está el circuito:

Como los LDR son un tipo de resistencia, no importa en qué dirección se coloquen, no tienen polaridad. Conectar 5V a un lado del LDR. Conecte el otro lado a suelo a través de 1k ohmios resistor. También conecte este lado a entrada analógica 0 .

Esta resistencia actúa como una resistencia pulldown, al igual que en los proyectos anteriores. Se necesita un pin analógico, ya que los LDR son dispositivos analógicos, y estos pines contienen circuitos especiales para leer con precisión hardware analógico.

Aquí está el código:

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Este código hace algunas cosas nuevas:

Serial.begin (9600): Esto le dice al Arduino que desea comunicarse en serie a una velocidad de 9600. El Arduino preparará todo lo necesario para esto. La tasa no es tan importante, pero tanto su Arduino como su computadora deben usar el mismo.

analogRead (A0): Se utiliza para leer el valor procedente del LDR. Un valor más bajo significa que hay más luz disponible.

Serial.println (): Se utiliza para escribir texto en la interfaz en serie.

Lo simple si declaración envía diferentes cadenas (texto) a su computadora dependiendo de la luz disponible.

Sube este código y mantén conectado el cable USB (así es como se comunicará Arduino y de dónde viene la energía). Abra el monitor en serie ( Parte superior derecha > Monitor en serie ), Debería ver que sus mensajes llegan cada 0,5 segundos.

¿Qué observas? ¿Qué sucede si cubre el LDR o lo ilumina con una luz brillante? ¿Puede modificar el código para imprimir el valor del LDR en serie?

Haz ruido

Este proyecto utiliza el altavoz piezoeléctrico para producir sonidos. Aquí está el circuito:

¿Notas algo familiar? Este circuito es casi exactamente el mismo que el proyecto LED. Los piezos son componentes muy simples: emiten un sonido cuando se les da una señal eléctrica. Conecta el positivo pierna a digital pin 9 a través de 220 ohmios resistor. Conecta el negativo pierna a suelo .

Aquí está el código, es muy simple para este proyecto:

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Aquí solo hay algunas características de código nuevas:

tono (9, 1000): Esto hace que el piezo genere un sonido. Se necesitan dos argumentos. El primero es el pin a usar y el segundo es la frecuencia del tono.

noTono (9): Esto deja de producir cualquier sonido en el pin proporcionado.

Intente cambiar este código para producir una frecuencia diferente. Cambie el retardo a 1 ms, ¿qué nota?

A dónde ir desde aquí

Como puede ver, Arduino es una forma fácil de ingresar a la electrónica y el software. Es uno de los mejores microcontroladores para principiantes. Ojalá hayas visto que es fácil construir proyectos electrónicos sencillos con Arduino. Puede construir proyectos mucho más complejos una vez que comprenda los básicos:

  • Crea adornos de luces navideñas
  • Arduino Shields para potenciar su proyecto
  • Construye tu propio juego de pong con un Arduino
  • Conecte su Arduino a Internet
  • Crea un sistema de domótica con tu Arduino

¿Qué Arduino tienes? ¿Hay algún proyecto divertido que te guste hacer? Para obtener más información, eche un vistazo a cómo mejorar su codificación Arduino con VS Code y PlatformIO.

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Sobre el Autor Joe Coburn(136 Artículos publicados)

Joe es licenciado en Ciencias de la Computación por la Universidad de Lincoln, Reino Unido. Es un desarrollador de software profesional, y cuando no está volando drones o escribiendo música, a menudo se le puede encontrar tomando fotos o produciendo videos.

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