ARDUTOYS (Programación de Proyectos Con Scratch Para Arduino) _ Observatorio Tecnológico

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ARDUTOYS (Programacin de proyectos con Scratch para Arduino)EQUIPAMIENTO TECNOLGICO - Robticacrit par Leopoldo Mosquera

Lundi, 14 Janvier 2013 08:27

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Nuestros alumnos viven rodeados de objetos tecnolgicos que manejan con una solturaendiablada son dispositivos con los que interaccionan a travs de botones y diferentes sensoresde modo que generan efectos en forma de sonidos, luces o movimiento. Suponemos quecualquiera de estos gadgets tiene cierta inteligencia, capacidad de memorizar e incluso puedendetectar lo que sucede a su alrededor. Sin embargo, para la mayora de nosotros se muestrancomo objetos dotados de cierta magia y muy pocas personas sabran explicar de un modo sencillocmo funcionan.

La interaccin de estos dispositivos con variables fsicas como luz, temperatura o movimientosucede a travs de sensores cuyas seales deben ser procesadas por nuestro protagonistaprincipal, el microcontrolador: chip programable que contiene instrucciones precisas de cul ser la

respuesta del dispositivo hacia el mundo fsico exterior.

En la reciente edicin de Ciencia en Accin 2012 que se celebr en el CosmoCaixa de Alcobendas (Madrid) mostr una serie deproyectos construidos pormis alumnos durante los ltimos tres aos en el aula-taller de Tecnologa del IES donde actualmentetrabajo. El comn denominador de todos ellos era que utilizaban la tarjeta Arduino y su microcontrolador para programar suinteraccin con el medio a travs de un sensor creo que el pblico asistente a la feria cientfica se sorprendi al ver losresultados.

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Hace dos aos publiqu en esta misma plataforma un monogrfico denominado Arduinoblocks en el que presentaba elpotencial del entorno de trabajo de esta tarjeta utilizando adems un software de programacin basado en un lenguaje visual debloques denominado Amici. Como ha pasado un tiempo desde entonces, este software ha sido mejorado por sus desarrolladoresy sigue siendo, en mi opinin, interesante para su uso en robtica educativa.

Sin embargo, han surgido otras opciones de programacin de la tarjeta utilizando un lenguaje de bloques grficos, y entre todasellas yo he escogido para algunos proyectos el software denominado S4A, que basado en el programa Scratch, tiene granaceptacin por mis alumnos ms jvenes. Existe adems en esta misma plataforma un monogrfico que nos introduce en su usotitulado Desarrollos de Scratch para robtica, Enchanting y S4A.

Diseo de un driver de conexin con la tarjetaQuizs el modo ms comn de conectar dispositivos a la tarjeta Arduino es utilizando un placa protoboard, sin embargo yo

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prefiero soluciones ms robustas y duraderas, de modo que mis alumnos fabrican sencillas placas electrnicas, con loscomponentes soldados, que despus se pinchan en los pines correspondientes de la tarjeta. Para este monogrfico voy a utilizaruna Protoshield comercial (modelo adafruit) para Arduino, en la que ir incorporando los elementos segn vaya creciendo lacomplejidad de conexiones o las posibilidades de programacin de los proyectos que ir presentando.

La primera propuesta consiste en aprovechar un proyecto con un solo motor, el cual representa una especie de molino con aspasgiratorias construido en contrachapado. Con un circuito integrado denominado TC4424 puedo amplificar la seal procedente dela tarjeta Arduino, incapaz de activar por s sola (con una seal de salida de unos 20 mA) un pequeo motor de contnua o de

encender una pequea bombilla de 3V. Su funcionamiento est basado en un puente en H a base de transistores tipo Mosfet, ydispone de ocho patillas de las cuales slo se utilizan seis, por lo que la comprensin de su conexionado no puede ser ms fcil.

Como puede observarse en la imagen, he situado el integrado en el medio de la placa sobre un zcalo el cable amarillo conectael pin 5 con una entrada y el cable verde conecta el pin 6 con la otra entrada, y entre ambos se sita la patilla GND. Esimportante destacar que ambas entradas deben activarse de modo no simultneo, y que ambos pines pueden ser utilizadoscomo salida analgica tanto en la programacin con la consola de Arduino como en S4A.

Al otro lado del integrado y, en lnea con sus dos patillas de salida, he situado una clema azul para sujetar los cables de unmotor por el medio de dicha clema discurre un cable marrn que une el pin Vin de la placa con la patilla de alimentacin del chip.

En el proyecto he utilizado como motor un servo trucado (en internet se explica como hacerlo), es decir, sin potencimetro y sintope de giro a los 180, pero aprovechando su mecanismo reductor y sobre todo, el piecero de plstico que acoplado a su eje,hace que sea muy fcil hacer girar cualquier elemento en un proyecto adems estos motores consumen muy poca intensidad decorriente, son muy silenciosos y cada vez ms baratos.

Por otro lado, la placa tambin incorpora una resistencia pull-down (ver captulo 3 de Arduinoblocks) de 1 Kohmio para poderconectar un sensor de luz tipo LDR o de temperatura NTC directamente en una clema grisun cable de este color, conecta el pinanalgico A0 de la tarjeta con una de las patillas de dicha clema.

Primer programa de ejemplo


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Una vez pinchado el driver en la tarjeta, debo conectarla al equipo via USB para cargar desde la consola de Arduino el firmwarede S4A (ver monogrfico Desarrollos...). Terminado este proceso, puedo abrir S4A y ver si detecta la tarjeta, lo cual semanifiesta al probar en la pantalla del ordenador, la variacin numrica de la ventana correspondiente al sensor de temperaturaque tengo conectado al pin analgico A0 a travs de mi driver. Debemos fijarnos adems en dicho valor ya que determinar elumbral numrico de funcionamiento que yo desee para el proyecto.

Como puede observarse en la anterior imagen, el motor empezar a girar mediante una seal de salida procedente del pin 6cuando, mediante el contacto de mis dedos con la NTC, se supere el valor que he marcado para el sensor aprovecho tambin la


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programacin para acelerar y decelerar la velocidad de giro del motor, ya que puedo modular la seal de salida del pin como sifuera analgica y variable desde 1 a 255, simplemente escribindolo en la pestaa correspondiente que me proporciona S4A.

Cambio de sentido de giro de un motorEl proyecto que he escogido para ejemplificar esta posibilidad es el de una puerta corredera hecha en contrachapado y en la queconecto dos sensores de contacto.

Al pulsarlo el motor gira en un sentido para que la puerta se abra. Al completar su apertura, la puerta presiona sobre la patilla deun final de carrera y creando una seal que es enviada a una nueva entrada de sensor, es decir, a una clema gris que heconectado a la entrada analgica A1 de la tarjeta, con su resistencia pull down. Tras cinco segundos (durante los que se

enciende un led verde pinchado en el pin 13 y su GND anexa) el motor cambiar de sentido para cerrar la puerta tras asignarleun tiempo de funcionamiento, despus del cual se detendr y esperar por si tiene que repetir el ciclo.

En este proyecto utilizo un motor con reductora de los habitualmente disponibles en el taller de Tecnologa, lo que demuestra lacapacidad del TC4424 de soportar hasta 3A de corriente.


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Iniciacin a la robticaSi al driver TC4424 del apartado anterior le aado detrs otro de modo similar (ahora con sus entradas conectadas a los pines 10y 11), podremos mover dos motores, de tal modo que un cochecito o pequeo robot estara dotado de la posibilidad de avanzar,retroceder y girar hacia ambos lados, bien segn una trayectoria fija y predefinida, o bien en funcin de que detecte variablesfsicas a su alrededor los ejemplos ms comunes en robtica educativa son esquivar obstculos, seguir cambios de luminosidady la deteccin de lneas negras (u otros colores) sobre una superficie blanca.

Estamos, por lo tanto, en condiciones de que los alumnos de 3 4, puedan adquirir sus primeros conocimientos de robticacon la programacin de un pequeo dispositivo mvil. He montado ste a partir de una tapa de plstico redonda transparente deun envase de 10 DVD, al que he pegado con la termofusible dos motores con reductora compactos (de los ms utilizados en lostalleres de Tecnologa) adems de una rueda loca pequea de metal.


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Funciona de modo que normalmente avanzar recto, y despus girar a uno y otro lado cuando los sensores de tipo LDRdetecten cambios en la luz incidente al acercarnos a tapar con la mano cualquiera de ellos del mismo modo, podemos provocar

su retroceso tapando ambos sensores con la mano. Puede suceder que los motores no reciban suficiente tensin mediante elcable USB como para accionarlos, por lo que basta con conectar una pila de 9V a la alimentacin de la tarjeta Arduino paraconseguir su movimiento sin problemas. La secuencia de instrucciones en la pantalla de S4A explica cmo lograr nuestroobjetivo utilizando condicionales.


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Ahora el inconveniente es que nuestro pequeo robot est unido por cable al PC, y se hara necesario el paso de lasinstrucciones en modo visual a la escritura en cdigo-texto en la consola Arduino para volcarlo a la memoria de la tarjeta e


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independizar su movilidad respecto de la cercana de un ordenador.

Para otro ejemplo ms completo, he aprovechado una estructura de piezas Lego con dos motores y traccin tipo oruga, al que heaadido un pequeo sensor de infrarrojos CNY70 (su conexionado se muestra en el captulo 3 de Arduinoblocks) con el quepoder detectar cambios de color en una superficie plana (lneas o manchas) adems al asomarse al borde final de una mesa, elsensor modifica igualmente su seal detectada y el mvil puede reacciona cambiando su trayectoria y evitando la cada. Tambinincorpora dos diodos led de sealizacin conectados a los pines 9 y 13, que son los que quedan por utilizar en el programa S4A,ya que 4, 7, 8 y12 el programa los reserva para el uso de servomotores, como veremos en el siguiente apartado.


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Otras alternativas de programacin con S4ATras esta primera y sencilla incursin en la programacin de proyectos de Tecnologa cabe preguntarse acerca de lasposibilidades que ofrece S4A, como es la utilizacin de un servomotor con 180 de giro utilizando el pin 12 , que viene (junto conel 8) ya preparados para este fin.

He ampliado la tarjeta-driver para poder conectar un servo soldando tres pines macho, en lnea y en este orden, a tres puntoscon GND, 5V y el pin 12 (a travs de un cable azul) y he buscado el tpico proyecto al que los alumnos trataron de dotar de un

movimiento de vaivn con un mecanismo de biela-manivela pero que nunca termin de funcionar bien.

Se trata de una reproduccin del toro mecnico que puede verse en algunas ferias se ha programado aadindole un sensorde proximidad, de tal modo que el mvil realiza un vaivn de atrs al medio que se repite, hasta que se coloca la mano a unadeterminada distancia del sensor (valor umbral) y se produce el movimiento de vaivn del medio hacia adelante. El sensorGP2D12 es muy fcil de conectar a la tarjeta, ya que su cable amarillo se soldara en el pin analgico 5, el negro en cualquierGND de las que tiene preparada la tarjeta, igual que el cable rojo en uno de 5V.

Otra posibilidad que proporciona S4A es utilizar los pines 4 y 7 de Arduino, que estn ya configurados para su conexin directa aservomotores de giro continuo de 360 cabe resear que, aunque son fcilmente programables para que giren en uno y otrosentido, suponen una alternativa que encarece un tanto la construccin de pequeos robots.


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He montado un prototipo del modo ms sencillo que se me ha ocurrido, utilizando la pistola termofusible para pegar las partes yha quedado como se observa en la imagen. Respecto de su posible programacin, he ampliado las conexiones en la placasoldable preparando tres pines macho para cada servo, de modo parecido a como lo hice en el apartado cinco con el pin 12. y enparalelo a ste, quedando todas las conexiones en la parte inferior de la protoshield. El programa que he escogido como ejemploincorpora en la clema de la entrada analgica A1 un detector de final de carrera en forma de antena de alambre que servira paraevitar los obstculos.


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ConclusinUtilizando la tarjeta Arduino y el software S4A de libre distribucin, es posible ensear a los alumnos de Secundaria cmo soncapaces de crear y programar sencillos proyectos tecnolgicos con los que ser posible interactuar gracias a la presencia de unmicrocontrolador.

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