El mundo de la electrónica puede ser divertido y emocionante, pero a veces puede resultar bastante abrumador cuando miras un diagrama de cableado y no sabes por dónde empezar. Además, entender el código que se carga en un microcontrolador puede resultar confuso si eres nuevo en esto. ¡Por suerte, estamos aquí para darte la información que necesitas para iniciar tu camino de aprendizaje!
En este artículo, profundizaremos en qué es un microcontrolador revisando sus beneficios y características. Luego, te daremos un proyecto sencillo sobre cómo controlar un actuador lineal desde un microcontrolador, empezando por hacerlo extenderse/retraerse. Tanto si eres nuevo en los microcontroladores como si eres un aficionado con experiencia que solo necesita refrescar conceptos, este artículo es para ti. Este artículo es uno de muchos por venir, donde analizaremos con más detalle los shields (placas de expansión) para microcontroladores, módulos de sensores y drivers de motores. ¡Pero empecemos por lo básico!
¿Qué es un microcontrolador: beneficios y características?
Mira a tu izquierda y luego a tu derecha. Probablemente habrás visto varias cosas a tu alrededor en casa u oficina que tienen un circuito integrado (CI) dentro: estos pequeños chips de silicio son el cerebro de tus dispositivos electrónicos. Las placas de microcontrolador incorporan uno o más de estos CI junto con una serie de periféricos.
Los microcontroladores son dispositivos pequeños, versátiles y económicos que pueden implementarse y programarse con éxito no solo por ingenieros eléctricos experimentados, sino también por aficionados, estudiantes y profesionales de otras disciplinas.
Un microcontrolador suele contar con los siguientes elementos:
- Unidad Central de Procesamiento (CPU): Realiza operaciones aritméticas, gestiona el flujo de datos y genera señales de control basadas en un conjunto de instrucciones (es decir, código).
- Memoria no volátil: Almacena el programa del microcontrolador que le indica a la CPU exactamente qué hacer.
- Memoria volátil (es decir, RAM): Se utiliza para almacenamiento temporal de datos. Estos datos se pierden cuando el microcontrolador se queda sin energía.
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Periféricos: Módulos de hardware que ayudan a un microcontrolador a interactuar con el sistema externo.
- Convertidores (CA-CC, CC-CA y generadores de voltaje de referencia).
- Generación de reloj.
- Temporización.
- Entradas y salidas.
- Comunicación serial.
Un microcontrolador es muy rentable, ya que puede producirse a costos más bajos que sus predecesores electromecánicos. Además, las placas de desarrollo, como el Arduino, permiten programar rápidamente y son ideales para prototipos de sistemas. Debido a que la mayor parte del circuito se compone de circuitos integrados, el consumo energético de usar un microcontrolador es mucho menor que si se usaran componentes individuales de un circuito lógico con relés. Por último, dado que el microcontrolador típico es programable, puedes reutilizarlo en otro proyecto si es necesario.
Cómo usar un microcontrolador con un actuador lineal para extender/retraer
¡Es hora de poner a prueba un actuador lineal de Progressive Automations con un microcontrolador y hacerlo extenderse/retraerse! Te guiaremos por el cableado y por cómo funciona el código para que puedas modificar el control del actuador lineal como prefieras.
Qué necesitarás
Esto es lo que necesitarás para empezar a emparejar un microcontrolador con un actuador lineal. Todos los componentes pueden comprarse en el sitio web de Progressive Automations:
- Fuente de alimentación de 12 VCC
- Arduino Mega
- LCD con botones
- Relé de 2 canales
- Actuador (12 VCC con consumo máximo de 10 A)
- Cable USB tipo A/B y cables puente
Cableado y carga del código
Por suerte, no hay mucho cableado que hacer gracias a los shields (placas de expansión). Este cableado sencillo convierte este proyecto en la mejor opción para principiantes que quieran aprender a usar un microcontrolador. Una vez que tengas los componentes necesarios, sigue paso a paso las conexiones de cableado a continuación. Usa el diagrama de pines de Arduino como referencia.
- LCD apilado en el Arduino, pin 26
- IN1 del relé al pin 30 del Arduino
- IN2 del relé a 5 V del Arduino
- VCC del relé a GND del Arduino
- GND del relé a NO2 del relé
- 12 VCC a NC2 del relé
- 12 VCC a NC1 del relé
- NC2 del relé a NO1 del relé
- NO2 del relé al positivo del actuador
- COM1 del relé al negativo del actuador
- COM2 del relé
Explicación del código
Consulta el código completo de este proyecto aquí.
El lenguaje que entiende la placa microcontroladora Arduino es C. Se han escrito múltiples bibliotecas que contienen código para simplificar la incorporación de varios periféricos; en este caso, el LCD (#include <LiquidCrystal.h>).
La primera parte del código es la configuración de los pines. Estos números de pin corresponden a las conexiones del relé en los pines del Arduino. Si decides usar otra placa de microcontrolador Arduino, asegúrate de cambiar estos números para que coincidan con el pin al que conectes los relés.
La función setup asigna los pines del relé como OUTPUTS y pone los pines en LOW. Además, se envían algunos comandos al LCD para mostrar texto y configurar las flechas del cursor. En el bucle principal (loop), el código comprueba constantemente si se ha pulsado alguno de los botones de la placa LCD. En este caso, los botones están conectados al pin A0 del Arduino. Cuando se pulsa un botón, el valor leído por el Arduino estará cerca de 100 o cerca de 255, dependiendo de qué botones se hayan pulsado. Estos valores no siempre son exactos, especialmente si tienes circuitería adicional conectada al Arduino que podría interferir con la señal. Por lo tanto, se ha incluido un valor umbral que puede ajustarse si los botones son demasiado sensibles a interferencias.
Si tienes el Arduino conectado a tu computadora mediante USB, puedes usar el monitor serie del IDE de Arduino para ver la señal de salida del pin A0. Simplemente añade la siguiente línea de código al bucle principal:
Serial.println(A0);
Se aplica cierta lógica a la señal leída para determinar si se pulsó el botón de subir o el de bajar. Si se pulsó el botón de subir, un relé se establecerá en alto y el otro en bajo. Si se pulsó el botón de bajar, la lógica se invierte. La activación y desactivación de los relés hará que el actuador se extienda/se retraiga.
Ahora que sabes cómo funciona el código, puedes experimentar añadiendo lógica adicional, como encender un LED cuando el actuador se extienda y apagarlo cuando el actuador se retraiga. Esto es bastante sencillo y requerirá configurar el número de pin, asignar el pin como OUTPUT y luego establecer ese pin en HIGH (comando digitalWrite) dentro de la sentencia if o else if.
Conclusión
Trabajar con un microcontrolador Arduino para controlar un actuador, entre otros, puede ser muy divertido y gratificante. Aprender a programar en un microcontrolador sencillo para un actuador, especialmente en el lenguaje C, es una gran forma de ampliar tus conocimientos y, potencialmente, convertir tus habilidades de programación en una carrera. Empieza por lo básico y avanza hacia proyectos más complejos.
En los próximos artículos, exploraremos varios shields que pueden usarse con Arduino y te mostraremos fragmentos de código un poco más complejos. Además, analizaremos el uso de sensores para controlar partes de tu código y así manejar un actuador lineal. Si tienes más preguntas sobre microcontroladores o sobre cómo conectar un actuador lineal a un microcontrolador, ¡no dudes en contactarnos!