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2 - ACTUADORES BÁSICOS CON ARDUINO - Contenido educativo

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Subido el 14 de diciembre de 2020 por Rafael M.

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Explicación detallada del funcionamiento y programación de los actuadores básicos utilizados con Arduino

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Bienvenidos a todos los asistentes al curso de investigación y método científico en el aula 00:00:09
y en completo a la serie de vídeos dedicados a los sensores y actuadores habituales empleados en tecnología. 00:00:13
En este caso, el vídeo de hoy mostrará los actuadores habituales que podemos utilizar en tecnología 00:00:19
y algunas de las posibles aplicaciones y el control que requieren estos dispositivos. 00:00:26
En primer lugar, definir qué es un actuador. 00:00:32
Podemos definir un actuador como un dispositivo que realiza una acción sobre el exterior, 00:00:33
al sistema de control programado y evidentemente lo realizará en función de la información facilitada o recibida por el sensor 00:00:38
y del programa almacenado en el sistema de control. 00:00:46
Como particularidad comentar que en algunas ocasiones estos actuadores requieren de un consumo de corriente elevado 00:00:50
que no puede suministrar el sistema de control, en este caso una tarjeta Arduino. 00:00:57
En este caso tendríamos que emplear o bien un relé, del que no vamos a detallar mucho porque se entiende que realmente es un dispositivo electromecánico que vamos a alimentar ese elemento que queremos controlar y con una fuente de alimentación externa y el relé podremos controlarlo sin ningún problema. 00:01:01
Sin embargo, vamos a detallar en este caso un dispositivo que se emplea mucho para el control de motores de corriente continua, que en este caso sería el puente NH. 00:01:24
El puente NH es un circuito integrado, en concreto el módulo L298, que tiene este aspecto que vemos aquí y que en realidad es muy sencillo de utilizar. 00:01:37
En realidad es un doble puente en H. Ahora veremos qué significa esto de puente en H. 00:01:48
Y básicamente nos va a permitir controlar, mediante estas dos salidas que vemos aquí, dos motores de corriente continua. 00:01:52
El control de esos motores de corriente continua, tanto su sentido de giro como su velocidad, se va a realizar a través de estos cuatro pines. 00:01:59
Estos dos de aquí controlarán esta salida y estos dos pines que vemos aquí controlarán esta otra salida. 00:02:07
La velocidad podemos controlarla en el caso de que quisiéramos realizar ese control también a través de estos pines que vemos aquí, que normalmente suelen venir desatados. 00:02:13
Bueno, vamos en primer lugar a comentar qué es esto de puente en H. 00:02:23
Básicamente, el control del sentido de giro de un motor podemos realizarlo con cuatro transistores dispuestos, como vemos aquí. 00:02:27
Y estos cuatro transistores nos van a permitir controlar el sentido de giro porque si, por ejemplo, activamos el transistor T1 y T4, 00:02:34
nos vamos a encontrar que la corriente eléctrica circula por este sentido y, por lo tanto, el motor girará en un sentido concreto. 00:02:40
Sin embargo, si activamos los transistores en saturación T2 y T3, pues entonces el sentido de la corriente será al contrario 00:02:48
y, por lo tanto, se entiende que el motor girará en sentido contrario. 00:02:55
El circuito integrado simplifica el control con estos cuatro transistores y nos encontramos simplemente que podemos controlar con estos dos pines 00:02:59
una única salida en función de los valores que tengamos activados en esos pines. 00:03:06
Si tenemos, por ejemplo, los dos pines a nivel bajo, en este caso, pues entonces el motor estará parado. 00:03:12
Si uno de los pines lo tenemos a nivel alto y el otro a nivel bajo, entonces el motor girará en un sentido 00:03:19
y si lo tenemos al contrario, es decir, uno de los pines a nivel bajo y el otro a nivel alto, 00:03:25
pues girará en sentido contrario. 00:03:30
El control, como vemos, es muy sencillo, con una tarjeta de control Arduino para controlar con dos pines el sentido de giro del motor en una de las salidas. 00:03:32
Estos otros dos pines serían para la otra salida. 00:03:41
Si quisiéramos controlar además la velocidad, estos dos jumpers que tenemos en los laterales nos permitirían, quitando el jumper y aplicando una señal PWM, nos permitiría controlar además la velocidad. 00:03:43
Si no queremos controlar la velocidad, estos jumpers podrían dejarse como están y simplemente controlaríamos el sentido de giro del motor. 00:03:58
La alimentación de la placa se realiza con estos dos bornes de conexión que vemos aquí, en este caso GND, 00:04:05
y la tensión de entrada que se aconseja que sea entre 6 y 12 voltios, para que la salida a través del regulador sea de 5 voltios en estas dos salidas. 00:04:12
y de esta manera nos aseguramos que no hay ningún problema de sobretensiones. 00:04:21
Si descartamos el regulador y este jumper lo quitamos, 00:04:27
entonces ya la alimentación tendría que realizarse a través de estos dos pines 00:04:32
y en este caso tendría que tener evidentemente los 5 voltios para la alimentación de la placa. 00:04:35
Sin embargo, el control es más peligroso porque no utilizamos el regulador propiamente dicho. 00:04:41
resumiendo es una tarjeta muy fácil de utilizar 00:04:48
ahora vamos a ver una conexión muy sencillita 00:04:52
y por ejemplo el lenguaje Arduino Blocks 00:04:54
lo que tiene es ya implementado un módulo 00:04:58
en el que tenemos todos los pines que identificar 00:05:01
para poder conectar 00:05:04
en este caso si quisiéramos conectar los dos motores 00:05:06
en este caso como vemos 00:05:10
el pin denominado Enable A sería este de aquí 00:05:12
enable B sería este de aquí 00:05:16
si quisiéramos controlar la velocidad 00:05:18
sino simplemente no nos conectaríamos 00:05:20
y luego aquí tendríamos los 00:05:22
pines denominados IN1 00:05:24
IN2, IN3, IN4 que corresponderían 00:05:26
exactamente con estos cuatro pines de aquí 00:05:29
vamos a ver 00:05:30
aquí por ejemplo 00:05:33
un circuito muy sencillo 00:05:34
muy básico en el que podemos por ejemplo 00:05:37
controlar el sentido de giro de un motor 00:05:39
a través de un sensor 00:05:40
de ultrasonidos y en concreto 00:05:42
podríamos controlar por ejemplo 00:05:44
una puerta, la apertura y el cierre 00:05:46
de una puerta, sencillamente con un sensor 00:05:48
en este caso un sensor de ultrasonidos 00:05:50
y utilizando 00:05:52
un puente en H, un doble puente en H 00:05:54
L298 que controlaría 00:05:56
un motor, ni que decir 00:05:58
tiene que el negativo 00:06:00
tanto de la placa Arduino como de 00:06:02
la alimentación del 00:06:04
puente en H, tiene que estar referenciado 00:06:06
los dos a negativo y por lo tanto 00:06:08
esta conexión de aquí es muy importante 00:06:10
porque evidentemente 00:06:12
la alimentación de la placa requiere 00:06:14
una alimentación concreta como habíamos comentado antes y por otro lado 00:06:17
la tarjeta Arduino también controlará los dos pines para 00:06:22
controlar el sentido de giro del motor y como vemos aquí 00:06:26
el programa por ejemplo para hacer que 00:06:30
el motor gire en un sentido o en otro en función de que se haya 00:06:34
detectado o no la presencia de un objeto en una determinada distancia 00:06:38
pues es tan sencillo como configurar, como vemos aquí, en este caso el sensor de ultrasonidos con sus correspondientes pines, 00:06:42
en este caso los pines 2 y 3, guardar la información de la distancia de una variable llamada distancia 00:06:50
y luego comprobar si esa distancia es menor o un valor. 00:06:55
Si es menor o un valor significa que la persona quiere entrar, por ejemplo, en este caso, 00:06:59
quiere abrir una puerta y al acercarse a este sensor a menos de 20 centímetros, 00:07:04
pues entonces ya actuaríamos con los pines 8 y 9 que son los encargados de establecer el sentido de giro del motor. 00:07:08
Entonces activaríamos en un sentido concreto activando los pines 8 y 9 en ON y en OFF 00:07:19
y de esa manera durante un tiempo, durante 3 segundos, estaría en este caso el motor funcionando y por lo tanto abriéndose la puerta. 00:07:26
Después pararíamos, en este caso, la puerta durante un tiempo, en este caso 5 segundos, 00:07:34
y de nuevo volveríamos a cerrar la puerta esperando otros 3 segundos. 00:07:38
Y este proceso se establecería siempre. 00:07:43
Inicialmente, como se supone que la puerta estará cerrada, pues evidentemente el motor tendrá que estar parado 00:07:47
y por lo tanto en el bloque inicializar, aparte de establecer la distancia a la variable inicializarla, en este caso a 0, 00:07:52
pues además los dos pines que controlan el motor estarían apagados a nivel bajo para que el motor estuviera en este caso apagado. 00:07:59
Los siguientes actuadores que vamos a ver son actuadores también muy sencillos y habituales también en tecnología, 00:08:12
que son estos diodos LED o diodos RGB, que al fin y al cabo son más que unos dispositivos que nos van a avisar, 00:08:19
nos van a señalizar un estado concreto, y bueno, pues aquí tenemos las dos modalidades, 00:08:27
un diodo LED, simplemente recuerda la polaridad, y en este caso los LED RGB, 00:08:33
que incluyen, como ya sabemos, tres colores, el rojo, el verde y el azul, 00:08:37
y uno de los pines, pues en este caso que es el pin negativo o positivo, 00:08:43
dependiendo de si el LED RGB es de ánodo común o de catódico. 00:08:47
Si se presenta en un módulo, como vemos aquí, en un módulo concreto, pues exactamente lo mismo, 00:08:51
Lo único que no es necesario en este caso es la inclusión de las correspondientes resistencias limitadoras, porque recordemos que nuestros diodos LED como componentes discretos requieren una resistencia limitadora para evitar que estos dispositivos sufran. 00:08:57
Y luego tenemos ya presiones comerciales que incluyen, por ejemplo, los tres colores para registrar un semáforo y con los pines preparados incluso para insertar en una tarjeta de control sin malo. 00:09:11
Una aplicación muy interesante, un pequeño proyecto interesante y divertido sería por ejemplo el diseño y la construcción de un pequeño juego tipo frontón donde los LEDs se van a ir iluminando progresivamente y cuando se pulse, en este caso el pulsador, cuando llegue a uno de los extremos el recorrido de los LEDs se realizaría de forma inversa. 00:09:21
Otro de los actuadores habituales empleados en tecnología son los famosos servomotores. 00:09:46
Son esos motores que solamente recorren un giro concreto, en este caso los tenemos los servomotores que solamente giran 180 grados, 00:09:51
o existen los servomotores que giran 360 grados, es decir, no se comportan como un motor de corriente continua, 00:10:01
pero su consumo es menor y por lo tanto se pueden conectar directamente a la tarjeta de ruido. 00:10:06
Entonces dependiendo para qué aplicaciones estos servomotores de 360 grados equivaldrían a los motores de corriente continua y por lo tanto para la robótica móvil serían muy adecuados. 00:10:10
Para los servomotores de 180 grados también podemos encontrar aplicaciones interesantes y simplemente comentar que el control de estos servomotores de rotación de 180 grados requieren el control preciso del grado de giro, 00:10:23
utilizando en este caso las famosas salidas PWM, es decir, la modulación por ancho de pulso, 00:10:42
porque el ancho del pulso que nosotros enviamos por estas salidas PWM, que recordamos en Arduino están identificadas con el simbolito famoso de la ñ, 00:10:48
pues estas entradas en concreto, con estas salidas nos va a permitir controlar el grado de giro por la duración del pulso que enviamos. 00:10:59
Aquí tenemos un esquema de cómo sería esto. Si por ejemplo la duración es de 1 milisegundo, entonces el servomotor giraría a la posición de 0 grados. Si quisiéramos que avance hasta 90 grados, el pulso tendría que ser de 1,5 milisegundos y de 2 milisegundos si queremos que gire justamente a 180 grados. 00:11:10
Es decir, que en el caso de los servomotores de rotación continua de 360 grados, o simplemente indicando que la posición sea 0 grados, el servomotor en este caso giraría en un sentido, si le ponemos que el ángulo al que gire sea de 180 grados, lo que hace es realizar el giro contrario, pero constantemente, y si lo ponemos al que gira 90 grados, para los servos, insisto, de rotación continua de 360 grados, lo que hace es pararse. 00:11:29
¿De acuerdo? Y bueno, pues en ArduinoBlock nos encontramos que tenemos un bloque que implementa ya tanto el pin al que está conectado como el ángulo que queremos al que vaya y suele incluir también un pequeño retardo de tiempo, normalmente para dar tiempo a que ese motor alcance la posición que hemos dicho. 00:11:57
otro de los actuadores habituales en tecnología son los altavoces piezoeléctricos 00:12:15
hay que distinguir de los altavoces electromagnéticos, este es otro sistema distinto 00:12:23
y estos altavoces piezoeléctricos conocidos también como zumbadores o buzzers 00:12:28
pues son en realidad materiales que tienen la particularidad, como en el caso de cuarzo 00:12:32
de que la presión o la tensión mecánica ejercida sobre ellos genera una corriente eléctrica 00:12:37
y viceversa, una corriente eléctrica aplicada a estos dispositivos genera también una tensión mecánica. 00:12:43
Y esta propiedad se puede aprovechar para fabricar los famosos transductores electroacústicos, 00:12:50
es decir, dispositivos que van a transformar la señal eléctrica aplicada al dispositivo en sonido. 00:12:55
Igual que lo haría un atador electromagnético, pero en este caso no hay una bobina ni un electroimán que genera ese movimiento, 00:13:00
sino que en este caso es la propia corriente eléctrica la que hace que este dispositivo genere esa tensión mecánica. 00:13:05
Distinguí dos tipos, los buzzers activos, que incorporan ya un propio oscilador interno, 00:13:14
es decir, que ya genera un solo tono aplicándole corriente eléctrica, 00:13:21
y los buzzers pasivos, en los que para poder generar un tono, es decir, para que vibre y podamos escucharlo, 00:13:24
pues tenemos que aplicar una señal PWM porque no incorpora, como digo, un oscilador que ya genere la propiedad del propio sonido. 00:13:31
Y entonces de esta manera podemos incluso generar diferentes tonos y crear melodías. 00:13:39
El lenguaje Arduino Blob incluye varios bloques gráficos que permiten, en este caso, realizar diferentes tonos, diferentes sonidos, 00:13:44
bien como notas musicales, bien añadiendo el tiempo y la frecuencia, 00:13:55
Y como particularidad, indicar que también pueden reproducir sonidos de formato RTTL 00:13:59
e incluir, en este caso, descargando de internet cualquier melodía, cualquier canción ya desarrollada 00:14:06
y colocándola como un bloque más de una canción. 00:14:13
El aspecto externo, tanto que tienen los buffers activos como los pasivos, a priori no se distinguen. 00:14:16
Y bueno, pues simplemente habría que, una vez que conectamos la conexión eléctrica, 00:14:23
ver si ya realiza, se produce ya una señal acústica y entonces ya sabríamos que tendríamos un buffer activo 00:14:26
y en el caso de que necesitamos generar una señal PWM para poder escucharlo, pues ya sabríamos que tendríamos un buffer de tipo pasivo. 00:14:33
Autor/es:
Rafael M
Subido por:
Rafael M.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial
Visualizaciones:
283
Fecha:
14 de diciembre de 2020 - 18:19
Visibilidad:
Público
Centro:
IES GRAN CAPITAN
Duración:
14′ 44″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1280x720 píxeles
Tamaño:
70.32 MBytes

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