Entramos en esta gran unidad didáctica llamada "La casa domótica". El reto que nos proponemos será la construcción de una casa en la que un conjunto de sistemas (iluminación, riego, climatización, etc.) sean capaces de automatizar su respuesta en función de las necesidades. Así, por ejemplo, diseñaremos un sistema de luces que se enciendan solas cuando haya poca luz, ventiladores que entren en funcionamiento cuando haga calor, alarmas que nos avisen de la presencia de fuego o de gases, sistemas de riego que detecten la sequedad del terreno, etc.
Para conseguir nuestro objetivo es fundamental tener unos conocimientos previos de electrónica y robótica. No os preocupéis, la mayor parte de estos conceptos los iremos adquiriendo, casi sin darnos cuenta, a medida que avancemos con nuestro proyecto.
¿Empezamos?
En este primer vídeo introductorio nos adentraremos en los aspectos más básicos de la robótica y la programación. En él os muestro algunos robots, cómo funcionan, qué son capaces de hacer. los componentes que llevan, como la placa de programación y los sensores y actuadores y, finalmente, su relación con la programación.
Bueno, ahora que ya estamos metidos en el tema, os propongo que veáis los dos siguientes vídeos. En el primero de ellos, trataré de explicaros las diferencias entre los automatismos y los robots, así como los diferentes sistemas de control de unos y otros. En el segundo, del profesor Juanra García Montes, estudiaremos las señales digitales y analógicas y la forma en que se conectan los sensores y actuadores a las placas controladoras.
Finalmente, antes de empezar ya a enredar con nuestras primeras prácticas, vamos a ver otro vídeo enfocado a los lenguajes de programación y, más en concreto, a los lenguajes de programación en entornos gráficos, los más sencillos e intuitivos.
El siguiente test nos ayudará a fijar algunos de los conceptos vistos hasta ahora.
Antes de meternos de lleno con nuestro proyecto, "La casa domótica", es importante realizar una serie de prácticas, todas ellas con una aplicación directa al proyecto, con las que aprender los fundamentos teóricos y prácticos de la electrónica y la programación. Voy a explicaros como se estructura cada una de ellas.
En primer lugar aparecerá la práctica que vamos a realizar, con su descripción, esquema de montaje y programa. Sin embargo, antes de acometerla, tendremos que realizar los apartados "Conceptos previos" y "Actividades iniciáticas". En el primero de ellos, estudiaremos la base teórica en la que se fundamenta la práctica, cuestión fundamental si queremos extrapolar el montaje de nuestro circuito a otros similares. En el segundo, asentaremos los conceptos mediante la realización de algún sencillo supuesto y la realización de alguna actividad de carácter práctico pero desde un enfoque más general de la electrónica. No hay que olvidar que la robótica, podríamos decir, no es más que una especialización de la electrónica, en la que esta se conjuga con el mundo de la programación.
El programa que usaremos, tanto para el diseño de nuestros circuitos como para su programación, es Tinkercad. Esta aplicación online de la empresa Autodesk es gratuita y nos permite realizar diseños en 3D para su impresión, crear y simular circuitos electrónicos y, por supuesto, programarlos.
Una de las grandes ventajas de este software es que nos permite simular el funcionamiento del circuito que estamos diseñando. Al poder depurar esos errores, tanto de diseño como de programación, evitamos arrastrarlos a la hora de construir nuestro prototipo en la realidad.
El diseño de los circuitos resulta muy intuitivo, ya que los diferentes componentes electrónicos que usaremos vienen representados con dibujos similares a la realidad. Lo mismo ocurre con la programación, que es por bloques, ya que nos resultará familiar de cursos anteriores, cuando usamos Scratch. Por otro lado, al descargarnos el programa, tendremos ocasión de verlo en el lenguaje de programación propio de Arduino, el C++, lo que nos permite analizar algunas de las estructuras propias de este lenguaje y encauzarnos al estudio de la programación a niveles superiores.
Por último, comentar que cada actividad viene acompañada de una rúbrica de evaluación, es decir, una serie de criterios que evalúan y puntúan el trabajo realizado.
La primera práctica que se suele realizar en el mundo de la programación y la electrónica es la llamada "Hola Mundo". Se trata de programar un led para que se encienda y se apague en unos determinados intervalos.
Material necesario:
Placa Arduino
Protoboard
1 led
1 resistencia de 220 Ω
Esquema de montaje de un led
Vamos a simular un semáforo. Tenemos que conseguir que se encienda un led rojo durante un tiempo, se apague y se encienda uno amarillo y, finalmente, se encienda solo el verde. Vamos a repetir esta secuencia tres veces.
Material necesario:
Placa Arduino
Protoboard
3 leds (amarillo, rojo y verde)
3 resistencias de 220 Ω
El fundamento de esta práctica es aprender a controlar el encendido y apagado de un led mediante un pulsador.
Material:
Placa Arduino
Protoboard
1 resistencia de 220 Ω (para el led)
1 resistencia de 10 kΩ (para el pulsador)
1 pulsador
Esquema de montaje de un pulsador o un interruptor
Si bien los interruptores o los pulsadores pueden considerarse sensores, en este caso vamos a trabajar con sensores que admiten muchos valores y cómo, en función de esos valores, el circuito se comportará de una forma u otra.
Se pretende diseñar y construir un circuito que encienda un led cuando haya poca luz y se apague cuando haya buena luminosidad.
Material:
Placa Arduino
Protoboard
1 led
1 resistencia 220 Ω
1 LDR (fotorresistencia)
1 resistencia de 10 kΩ
En esta práctica vamos a programar un ventilador para que se encienda cuando la temperatura sea superior a una dada. El problema es que el motor del ventilador va a necesitar un voltaje superior al que podemos sacar de la placa Arduino. Para solventar este inconveniente utilizaremos un transistor que actúe como amplificador.
Por último, hay que tener en cuenta que estos motores tienen corriente inductiva, por lo que conviene proteger a nuestro transistor con un diodo (en nuestro caso, un led).
Material:
Placa Arduino
Protoboard
1 ventilador (motor)
1 transistor (2N2222)
1 led (protección del transistor)
1 resistencia 330 Ω
1 sensor de temperatura (LM35DZ)
Esquema montaje motor CC con transistor
Hasta ahora hemos estado resolviendo diferentes circuitos desde la perspectiva de la electrónica analógica o mediante la programación de los microprocesadores de nuestras placas de Arduino. Sin embargo, los microprocesadores no son más que la evolución de los circuitos integrados o chips, que son la base de la electrónica digital. Vamos a conocer algo más sobre ellos.